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Absetzbecken zur Abtrennung von Stoffen
Zur Abscheidung mineralischer Stoffe aus Wasser oder Abwasser werden Sandfänge verwendet, die meist als offene Rinnen ausgebildet sind, bei denen es angestrebt wird, ihnen einen solchen Querschnitt zu geben, dass bei jeder Wassermenge im Zufluss eine annähernd konstante Fliessgeschwindigkeit erreicht wird.
Sie soll bei städtischem Abwasser nach Imhoff etwa 0, 3 m/sec betragen, um z. B. Sandkörnungen von 0, 1-lmm abzuscheiden und Schlamm weiterfliessen zu lassen.
Die seither bekannten Abscheidegerinne haben alle den Nachteil, dass sie in ihrem Gerinnequerschnitt nur kleinen Schwankungen in der Wassermenge, z. B. zwischen 10 und 12 Uhr, und der Nachtwassermenge, zwischen 24 und 2 Uhr, bei städtischen Kläranlagen anpassbar sind, ganz zu schweigen, von den Schwankungen zwischen Trockenwetterabfluss mit dem 5-fachen Trockenwetterabfluss bei Starkregen. Auch bei industriellen Schlämmen entstehen Wasserstösse von erheblichem Ausmass, die durch die Form des Abscheidegerinnes allein nicht aufgefangen werren können.
Man hat versucht, die Mängel der Gerinne durch Anwendung fest einstellbarer Ablaufschilde oder durch bewegliche Ablauf- oder Drosselorgane am Ende des Gerinnes zu beheben. Man verwendete Pegelmessgeräte oder Venturigerinne und bewegte das Stauschild über ein gesteuertes Getriebe. Jedoch wurde auch damit keine befriedigende Lösung gefunden. Es wurde immer wieder ein grosser Teil des Sandes in die Kläranlage weitergeschwemmt. Es traten Schwierigkeiten bei der Schlamm- und Sandentfernung aus den Schlammtaschen der Absetzbecken oder aus den Faulbehältern auf. Nicht minder unangenehm waren die Störungen an den Pumpen, Absperrventilen, Rohrleitungen, Schlammvorwärmeeinrichtungen u. dgl.
Man hat vielfach drei Gerinne angeordnet, eines für Trockenwetterabfluss, ein zweites für das Mehrwasser bei maximaler Wasserführung und das dritte als Reservebecken und auch für Katastrophenregen.
Die Anlagen werden teuer und verlangen viel Bedienung. Man hat auch vorgeschlagen, nur die sandführenden Schichten seitlich abzuführen und zu behandeln, um so die Wassermenge zu verringern.
Nach der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile aller bekannten Sandfänge od. dgl. Gerinne zur Abtrennung von Stoffen einer einen wählbaren Grenzwert überschreitenden Wichte aus einem mittels Stauschilden in seiner Geschwindigkeit regulierbaren Strom dadurch beseitigt, dass die jeweilige Stellung der Stauschilde unmittelbar in Abhängigkeit von der Fliessgeschwindigkeit im Gerinne gebracht wird. In dem geraden Gerinne von mindestens 10 m Länge wird ein Staukörper z. B. ein Schwimmerfloss, das der Strömungskraft und einer entgegengesetzten Kraft unterworfen ist, angeordnet, der seine vom Sollwert der Fliessgeschwindigkeit abweichenden Bewegungsvorgänge mittels an sich bekannter elektrischer Mittel, wie Ohmscher od. dgl.
Widerstände, in eine sich ändernde elektrische Grösse umwandelt, die ihrerseits als Steuergrösse für einen Regler dient, der den elektromotorischen Antrieb des oder der Stauschilde öffnend bzw. schliessend regelt. Als elektrisches Mittel dient vorzugsweise eine in einer Wechselstrommessbrücke angeordnete Selbstinduktionsspule mit reibungslos beweglichem Eisenkern, an dessen einem Ende der Staukörper angeschlossen ist und am andern Ende die Gegenkraft, z. B. in Form von an einem Hebelarm angeordneten Gegengewichten. Die Brückenmesswerte werden auf einen Stufen- bzw. Grenzwertregler gegeben, der seinerseits impulsweise Schaltschütze steuert, die ihrerseits den Antriebsmotor der Stauschilde im öffnenden bzw. schliessenden Sinne unter Strom setzen.
Als am Schwimmer eingreifende Gegenkraft dient vorzugsweise ein die Trag-
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last regelndes veränderliches Gegengewicht, das mittels eines über Umlenkrollen geleiteten Seiles am Schwimmkörper angreift. Mit diesem Gegengewicht, das durch Benutzung von Beilagscheiben vermehrt oder vermindert werden kann, ist eine feinfühlige Belastungsänderung möglich. Vorteilhaft ist auch, den Schwimmkörper mit seiten- und höhenverstellbaren Leitrollen zu versehen, um Klemmungen im Gerinne zu vermeiden. Das Stauschild, das den Abfluss regelt, kann zur Fein regulierung der Abflussmenge mit verstellbaren Blenden am Stauschildrahmen, an der Stauplatte des Stauschildes oder an beiden versehen sein.
Es kann von Vorteil sein, die Fliessgeschwindigkeit im Abscheidegerinne mit Hilfe des Grenzwertreglers auf einen Wert zu regulieren, der die abzuscheidenden Stoffe während des Fliessvorganges absinken und zur Sammeltasche gelangen lässt. Man kann auch das Gerinne auf einen Streckenabschnitt, der mit einem Abstand hinter dem Schwimmkörper beginnt und am Sandsumpf endet, im . Querschnitt gegenüber dem übrigen Rinnenquerschnitt verkleinern. In dem angegebenen Streckenabschnitt wird die Fliessgeschwindigkeit gegenüber der einregulieren Geschwindigkeit erhöht, so dass der in den Streckenabschnitt hineingelangende, abgeschiedene Sand am Boden weitertransportiert und in den Sandsumpf hineingespült wird, über dem die Schleppkraft nachlässt, weil sich hier der Durchflussquerschnitt wieder vergrössert.
Um Veränderungen der Wasserspiegelhöhen mitzu- berücksichtigen, kann man den Schwimmer auch noch an einen reibungslos verschiebbaren, belasteten Eisenkern einer zweiten Selbstinduktionsspule anschliessen, die ihrerseits auf den Stufen-bzw. Grenzwertregler einwirkt, um auch den Motor des Stauschildes gleichzeitig auf eine bestimmte Abflussmenge einzuregulieren. In Abänderung der Steuerung durch eine Selbstinduktionsspule mit beweglichen Eisenkern kann man auch einen Drehwiderstand in einer Gleichstrommessbrücke verwenden, auf dessen Achse ein auf Fliessgeschwindigkeitsänderungen ansprechender, pendelnder Schwimmer angeordnet ist.
Von ihr werden die Brückenmesswerte auf einer Stufen-bezw. Grenzwertregler gegeben, der seinerseits impulsweise Schütze steuert, die ihrerseits den Antriebsmotor der Stauschilde im öffnenden bzw. schliessenden Sinne unter Strom setzen.
Es ist vorteilhaft, bei den Anordnungen nach der Erfindung dem eigentlichen Abscheide- gerinne sögènannte Stau-oder Rückhaltege- 61me vorzuschalten, die nach oben. sehr stark Verbreitert sind, um nach oben genügend Speichervolumen zu erzielen. Nach unten sind sie zu einer schmalen Mulde oder einem Dreieck so zusammenzuschnüren, dass vorzüge- weise z. B. das Schlammsandgemisch zum eigentlichen Sandabscheidegerinne weiterfliesst. In den Stau- oder Rückhaltegerinnen werden zweckmässig Drossel- oder Staublenden bzw. Schieber zur groben Vorregelung des Abflussvorganges eingesetzt.
Das eigentliche Abscheidegerinne kann in mehrere parallele Rinnen unterteilt sein, und im Hauptstrom dieser Gerinne befindet sich der vorhergenannte Staukörper.
Die Erfindung und ihre Einzelheiten sind beispielsweise an Hand der Zeichnungen erläutert :
Die Fig. 1 zeigt als Anordnungsprinzip einen Längsschnitt durch ein Abscheidegerinne.
Es ist 1 der Boden des Gerinnes 2 und 3 ein tiefer als der Boden des Gerinnes 2 liegender Sandsammetraum,- ist das geregelte Abflussorgan oder Stauschild, 5 die Antriebssäule mit dem Getriebe 6 und 7 der am Getriebe angeflanschte Antriebsmotor. Auf der Wasseroberfläche des Gerinnes 2 schwimmt ein Schwimmer 8, der an einem Seil 9 befestigt ist, welches unter Zwischenschaltung eines Eisenkernstabes 10, einer Selbstinduktionsspule 11 und einer Feder 12 über Umlenkrollen 13, 14 an einem Hebelarm 15 des mit Gewichten 16, 17 belasteten Hebelsystem 18 angehängt ist. Die am Schwimmer 8 angreifende Strömungskraft und die durch das Hebelsystem 18 ausgeübte Gegenkraft sind auf die Sollfliessgeschwindigkeit im Gerinne 2 abgeglichen. Das Seil 9 trägt Anschlagscheiben 19, 20.
Mit 21 ist die komplette Steuereinrichtung bezeichnet, die aus einer Wechselstrommessbrücke, dem Grenzwertregler und den Schaltschützen besteht. Die Messleitung zur Messbrücke trägt die Ziffer 22, die Stromleitung von den Schaltschützen zum Motor 7 die Ziffer 23. Am Schwimmer 8 kann, wie strichpunktiert gezeichnet, noch ein zweites durch das Gegengewicht 24 belastetes Seil 25 angeschlossen werden, das über die Rolle 26 geführt ist, und mit diesem Seil 25 wird der Kernstab 27 der Selbstinduktionsspule 28 verbunden, die analog der Spule 11 Steuervorgänge in Abhängigkeit von der Wasserspiegelhöhe im Gerinne 2 auslöst und den Motor 7 beeinflusst und eine Steuerung im Sinne einer Mengenregelung veranlasst. In Fig. 2 ist eine Variante der Ge- wichtsbelastung des Schwimmers 8 gezeigt.
Das Seil 9 mit den Anschlagscheiben 19, 20, das über die Rollen 13 und 14 geführt ist, ist mit dem veränderbaren Gewicht 29 gespannt. Am Schwimmer 8 hängt ein zweites über Rollen 31, 32 geführtes Seil 30, das mittels des veränderbaren Gewichts 33 gespannt wird. Ein Austatieren der Belastungen schafft eine beliebige Empfindlichkeit der Regelung.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen in Ansicht, Drauf-
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sicht und Querschnitt ein Beispiel einer Schwimmerkonstruktion. Er besteht aus dem eigentlichen Schwimmkörper 8 und vier Führungsrollen 34, die an verschiebbaren Armen 35 mit Längsschlitzen 36 angeordnet sind. Die Feststellung erfolgt. mittels Schrauben 37. Um dem Schwimmer einen gewünschten Tiefgang zu geben, kann in den Hohltaum über den Stopfen 38 eine angemessene Menge einer Beschwerungsmasse gefüllt werden. In der Fig. 6 ist schematisch die Selbstinduktionsspule mit dem Eisenkern gezeigt und die Messbrücke mit dem angeschlossenen Grenzwert-bzw. Stufenregler.
Die Selbstinduktibnsspule besteht aus einem Isolierkörper 39, dem beweglichen Eisenkern 10, an dem der Schwimmer 8 hängt, der Primärwicklung 40 und der Sekundärwicklung 41. Beide Wicklungen sind in der im Schaltschema nach Fig. 2 gezeigten Weise an den Stromversorgungstransförmator 42 und an die Brücke angeschlossen, die an sich bekannterweise aus Widerständen 43, 44, 45 und einer Pegeldrossel 46 besteht. In der einen Brückendiagonale liegt ein Gleichrich- ter 47, und an ihn ist der Stufen-bzw.
Grenzwertregler 48 angeschlossen. Der Regler ist eine an sich bekannte Konstruktion, die nach dem Fallbügelprinzip arbeitet, hat ein Messwerk, einen Messwertzeiger, einen Sollwertzeiger, einen Tasthebel mit Schaltwerk und eine Quecksilberschaltrohre. Bei dem Regler nach dem Fallbügelprinzip werden Istwert und Sollwert der Regelgrösse an der Brücke abgenommen und periodisch seitein; ander verglichen. Bei Abweichungen des Messwertes vom Sollwert wird die Quecksilberschaltröhre betätigt, und diese löst Steuervorgänge an den Schaltschützen des Antriebsmotors 7 aus. Der Antrieb des Schaltwerks dieses Reglers erfolgt durch einen selbstlaufenden Synchronmotor, und dieser bewegt über eine Kurvenscheibe einen Tasthebel, der die Zeigerstellung periodisch abtastet.
Verwendbar sind auch andere bekannte Regler, die die Messwerte der Brücke in Regellmpulse für die Schaltschützen umwandeln. Die Schaltschützensteuerung als solche ist in an sich bekannter Weise derart beschaffen, dass sie bei einer Anzeige des Grenzwettreglets 48 unterhalb des Sollwertes den Motor in eine Drehrichtung und bei einer überschreitung des Sollwertes in andere Drehrichtüng schal- tet. Um die Dauer eines Kommandos für den Motor 7 zu regeln, ist es vorteilhaft, ih die Steuerleitung 49 zu den Schaltschützen eine
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strömt, als auch als Abgefikschützs bei den ! das Wasser über die Oberkante des Schützes oder der Klappe strömt, ausgebildet werden.
Schützen und Klappen können mit verstellbaren Abflussblendèn sowohl am Schieber- bzw.
Schützrahmeh wie auf der Schützplatte für Ausfluss unter der Schützunterkante versehen werden. Ausführungsbeispiele dieser Abflussregelörgahe zeigen die Fig. 7 und 8. Nach Fig. 7 sind am Rahmen des Abflussorgans 4. zwei einstellbare Schrägbleche 51 angebracht, so dass ein V-förmiger Durchflussquerschnitt - entsteht, vor dem sich der Absenkschieber 52 bewegt. Die Abflussmenge ist so ziemlich fein regulierbar. An Stelle der zwei Schräg- : bleche kann auch eine über die ganze Gerinnebreite reichende Platte mit Dreieckausschnitt verwendet werden.
Nach Fig. 8 besitzt def Absenkschieber 53 die V-förmige Aus- nehmung 54, die mittels zwei verstellbaren Blenden 55 verkleinert werden kann. Auch hier kann eine über die ganze Breite reichende Platte mit entsprechendem Ausschnitt verwendet werden. Das Regelorgan für die Fliessgeschwindigkeit kann auf der Ablaufseite wie auf der Zulaufseite der Sandabscheiderinne eingebaut werden. Zur Verringerung der Hübe der Kernstäbe in den induktiven Widerständen könneh Untersetzungen, beispielsweise Flaschenzugwellen od.' dgL, eingeschaltet werden.
Die Regelanordnung kann im übrigen auch für Regenrückhältebecken, Klärbecken, Mischbecken, Pufferbecken u. dgl. verwendet werden.
Der Sandfäng bzw. das Gerinne zur Abtrennung von Stoffen wird in folgender Weise betrieben :
Sobald das Gerinne 2 durchflossen und das Regelbrgan 4 geöffnet wird, stellt sich, je1 nach den gegebenen Umständen, eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit ein ; Sie wird mittels des Regelorganes 4 möglichst , aüf die Sollgeschwindigkeit eingestellt. Der Schwimmkörper würde mit der Fliessge-1 schwindigkeit abgetrieben werden, wenn er nicht über das Seil 9 und das Hebelsystem 18 nach Fig. 1 bzw. dem Gewichtsausgleich nach Fig. 2 festgehalten würde. Die der Strömungskraft entgegengesetzten Kräfte am1 Hebelsystem 18 werden so eingestellt, dass det, Schwimmer bei der Soligeschwindigkeit
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stillsteht und der Eisenkerndes Grenzwertreglers eingestellt.
Wenn die Fliessgeschwindigkeit im Gerinne zu gross wird, 1z. B. bei Sand den Wert von 0,3 in/sec.1 überschreitet) dänh bewegt sich der Stau-
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m Fliessrichtung0, 25 m/sec. wird das Floss. durch das Hebelsystem 18 in entgegengesetzter Richtung gezogen und damit der Kern 10 nach oben verstellt. Es ändert sich damit der Strom in der Diagonale der Messbrücke und damit die Anzeige des Messwertes des Grenzwertreglers vom eingestellten Sollwert. Bei dem periodischen Vergleich vom Istwert und Sollwert steuert nun der Grenzwertregler mittels der Quecksilberschaltröhre die Schaltschütze und diese schalten den Motor 7 ein und aus.
Wenn die Fliessgeschwindigkeit im Gerinne zu gross ist, dann wird das Ablauforgan 4 so weit gedrosselt, dass die Sollfliessgeschwindigkeit im Gerinne wieder erreicht wird. Bei zu kleiner Fliessgeschwindigkeit im Abscheidegerinne erfolgt die Steuerung in umgekehrter Weise. Unter Umständen wird infolge der Länge der Kommando, die dem Motor 7 vom Grenzwertregler direkt gegeben werden, die Fliessgeschwindigkeit um den Sollwert erheblich pendeln. Zweckmässig ist es daher, durch zusätzliche Zeitregler die Dauer eines Kommandos, die die Betätigung des Ablauforganes 4 veranlasst, so festzulegen, dass die Schwankungen der Regelgrösse in tragbaren Grenzen gehalten werden. Der Zeitregler steuert ohne Inanspruchnahme der Endschalter am Regulierschild die Laufzeiten der Schildewegungen. Je nach den örtlichen Verhältnissen können kurze oder lange Laufzeiten eingestellt werden.
Die Endschalter übernehmen dabei nur die am Ende des Gesamtweges (Hubes) erforderlichen Sicherungen.
Auf dem Boden 1 des Abscheidegerinnes scheiden sich die bei der vorgeschriebenen Sollgeschwindigkeit abzuscheidenden Stoffe ab.
Um sie in den Sandsammelraum zu schieben, wird der Sollwert vorübergehend auf eine grosse Fliessgeschwindigkeit, z. B. 0, 8-1 mises. eingestellt. Die hohe Fliessgeschwindigkeit schiebt nun den abgeschiedenen Stoff geschiebeartig zu dem Sandsumpf bzw. zu der Mulde 3, und von hier kann er mittels geeigneter Fördereinrichtung-Druckluftheber, Greifer od. dgl.-hochgefördert werden. Nach Beendigung des Transportvorganges nach dem Sandsumpf wird der Grenzwertregler wieder auf die Sollgeschwindigkeit zur Abscheidung zurückgestellt. Sollte der abgeschiedene Stoff noch verschmutzt sein, so kann man ihn aus der Fördereinrichtung in eine Sandwaschrinne fördern und hier nochmals auswaschen.
Man kann, nachdem die jeweiligen Verhältnisse genau bekannt sind, auch den Grenzwertregler auf eine Fliessgeschwindigkeit einstellen, die den Sand allmählich zum Boden sinken lässt und gleichzeitig zum Sandsumpf mitführt ; dies ist in den meisten Fällen bei einer Fliessgeschwindigkeit von etwa 0, 4-0, 5 m/sec. möglich. Hiebei scheidet sich der Sand unerwünschter Korngrössen, welche den Faulraum, die Schlammpumpe u. dgl. gefährden, ab, sinkt bis zum Rinnenende zu Boden, wird in den Sandsumpf mitgerissen, während die organischen Beimengungen, besonders Feinschlamm, Fäkalien u. dgl. zu Kläranlagen weiterfliessen.
Eine ganze Sandfanganlage od. dgl. mit einem Stau- bzw. Rückhaltebecken zeigen die Fig. 9 bis 13. Die Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt durch die Anlage, die Fig. 10 eine Draufsicht, die Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 10, die Fig. 12'ei- nen Schnitt nach der Linie B-B und die Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie C-C.
Dem eigentlichen Sandabscheidegerinne 2 mit den in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Teilen, wie Schwimmer 8, Ablaufregler 4, Selbstinduktionsspule usw., ist das Rückhaltebecken . 56 vorgeschaltet, dessen Auslass zum Gerinne 2 mittels des Schiebers 57 regelbar ist.
Das Rückhaltebecken ist durch eine Querwand 58 in zwei Teile unterteilt, deren Verbindung mittels einstellbaren Schwenkschiebern 59 regelbar ist. Der Zulauf erfolgt durch den mittels des Schiebers 60 absperrbaren Kanal 61. Die Rinne, in der sich das Schlammsandgemisch abscheidet und deren Fortsetzung der Sandfang ist, ist mit 62 bezeichnet.
In Fig. 14 ist schliesslich noch eine Sandfanganlage mit Stau- und Rückhaltebecken 63 und einem Regenwasserüberlauf 64 dargestellt. Die Trockenwettermenge wird bei dieser Anlage durch den Kanal 66 unmittelbar dem Sandfanggerinne 2 zugeleitet. Ein Mehrfaches der Trockenwettermenge geht über eine überlaufschwelle 67 durch den Kanal 68 zum Rückhaltebecken 63. Regenmengen, die auch die zuletztgenannten Mengen über-
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Trockenwettermenge, werden über die Überlaufkante 69 und den Kanal 70 unmittelbar in den Vorfluter abgeleitet. Das Rückhalte- becken 63 entspricht im Prinzip dem Rückhaltebecken 56 nach den Fig. 9 bis 13. Auch hier ist eine Trennwand 58 mit Regulierklappen 59 und einem Abschlussschieber 57 vorgesehen.
Die Fig. 15 und 16 zeigen weitere Aus- führungsbeispiele :
Nach Fig. 15 ist über dem Gerinne 2 ein Fahrgestell 71 angeordnet und um den Drehpunkt drehbar ein zweiarmiger Hebel 72 vorgesehen. An dem einen Hebelarm sitzt ein Schwimmer 73 und an dem zweiten der Eisenkern 74 und ein Belastungsgewicht 75. Die am Fahrgestell 71 befestigte Selbstinduktionsspule 76 ist hier dem Radius des Hebels entsprechend gekrümmt. Die Selbstinduktionsspule 76 ist dann entsprechend der Fig. 1 in die Brückenschaltung eingebaut. Die Verfahrbarkeit des Fahrgestelles 71, das auch bei den
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eingangs beschriebenen Ausführungsformen angewendet werden kann, dient dazu, die für die Regulierung zweckentsprechenden Stellen im Gerinne 2 auswählen zu können.
Nach Fig. 16 ist die Selbstinduktionsspule 77 horizontal an der Wand 78 eines Gestelles 79 gelagert. Der Schwimmer 80 besitzt einen Vertikalstab 81, der durch die Öffnung 82 einer Stange hindurchgeht, die mit dem Eisenkern 83 verbunden ist. An diesem Eisenkern 83 ist das Seil 84 befestigt und über eine Rolle 85 geleitet, an der das Gewicht 86 hängt. Zur Führung der Stange 81 dient der Schlitz 87 in der Abdeckplatte 88. Die Einschaltung der Selbstinduktionsspule in die Widerstandsbrücke erfolgt wie schon beschrieben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Absetzbecken zur Abtrennung von Stoffen einer einen Grenzwert überschreitenden Wichte aus einem mittels automatisch einstellbaren Stauschilden in seiner Geschwindigkeit regulierbaren Strom, dadurch gekennzeichnet, dass im Gerinne ein der Strömungskraft und einer entgegengesetzten Kraft unterworfener Staukörper angeordnet ist, der seine vom Sollwert der Fliessgeschwindigkeit abweichenden Bewegungsvorgänge mittels an sich bekannter elekrischer Mittel, wie Ohmscher od. dgl.
Widerstände, in eine sich ändernde elekrische Grösse umwandelt, die ihrerseits als Steuergrösse für einen Regler dient, der den elektromotorischen Antrieb des oder der Stauschilde öffnend bzw. schliessend regelt.