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Selbsttätiges Schütz mit hydraulischem Antrieb
Die Erfindung bezieht sich auf ein selbsttätiges Schütz mit hydraulischem Antrieb, welches insbeson- dere bei automatischen Wasserentnahmestellen, bei Anlagen zum Entsanden und zum Entschottem oder für andere Zwecke im Wasserbau Verwendung findet. Der Hauptzweck der Erfindung ist darin gelegen, eine vollkommen sichere Funktion zu erzielen, welche völlig unabhängig von irgendeiner bezüglich des
Wasserbauwerkes fremden Antriebskraft ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Verwirklichung eines Schutzes mit einer schnelleren Arbeitsweise, als dies bei den bisher bei den angegebenen Stellen verwendeten Schützen der Fall war, und insbesondere bei den Anlagen zur Entschotterung. Die Langsamkeit der Bewegung der üblichen Schütze machte es notwendig, die Fühlorgane für die Menge des angesammelten Schotters sehr weit stromaufwärts vom Schütz anzuordnen, im Hinblick auf die Menge des Schotters, welcher sich, insbesondere bei rapider Ablagerung, in der Zeitspanne zwischen dem Ansprechen des Fühlorganes und dem völligen Öffnen des Schlitzes ansammelt. Diese Zeitspanne kann etwa 10-20 Minuten betragen.
Die Verringerung dieser Zeitspanne ermöglicht es einerseits, die Kapazität eines gegebenen Absetzbeckens od. dgl. für die Ablagerungen besser auszunützen und damit zu erhöhen und anderseits die Kosten für eine neu zu erstellende Anlage abzusenken, wenn sie für die gleiche Sicherheit gebaut werden soll.
Zweck der Erfindung ist es auch, eine Schutz-Bauart zu schaffen, welche imAufbau und in der Unterhaltung billig und einfach ist, eine grosse Freizügigkeit bei der Planung der dem Schütz zugeordneten Einrichtungen zulässt und deren Anpassungsfähigkeit zu einer wesentlichensenkung der Kosten der Planung und Berechnung der zugehörigen Bauwerke-Schleusenkammer, Schützenkammer usw.-erlaubt.
Die Erfindung geht von einem Schütz aus, das aus einem Öffnungsrahmen mit zylindrischer Anlagefläche, deren Achse horizontal liegt, und einer ihm zugeordneten Schützentafel besteht, und sie ist darin zu erblicken, dass die Schützentafel an einem Ende wenigstens eines um die genannte Achse schwenkbaren doppelarmigen Hebels befestigt ist, an dessen anderem Ende ein Behälter sitzt, der mit einem Ent - leerungs-Heberrohr ausgestattet ist, dessen Scheitel in der Schliessstellung des Schützes über bzw. in der Offenstellung des Schutzes unter dem Füllniveau des Behälters liegt.
Die erfindungsgemässe Ausbildung des Schutzes ist so eingerichtet, dass es unter seinem eigenen Gewicht geschlossen Ist, wenn der Behälter leer ist. Das Öffnen des SchUtzes wird durch die Füllung des Behälters erreicht ; sowie das Öffnen durchgeführt ist, entleert sich der Behälter durch die Wirkung des Heberrohres (Siphon) und das Schütz schliesst sich wieder.
Ein auf diese Weise aufgebautes Schütz arbeitet sehr rasch, was bei kleinen Schleusenöffnungen sehr erwünscht ist. Für die Ausrüstung grösserer Schleusen, für welche diese rasche Arbeitsweise des Schützes nicht brauchbar ist, sieht die Erfindung eine andere Ausführungsform vor, bei welcher oberhalb des mit der Schützentafel verbundenen Behälters ein ortsfester Behälter angeordnet ist, der bei der obersten Stellung des beweglichen Behälters in diesen hineinhängt und eine Öffnung mit einem Ventilsitz in der Wand des ortsfesten Behälters und ein zugehöriger Ventilteller am beweglichen Behälter vorgesehen sind.
Schliesslich kann der bewegliche Behälter zusätzlich zum Heberrohr noch eine Ablassöffnung aufweisen.
Diese Ausbildung vermehrt die Möglichkeiten der Anwendung bekannter Schütze und gestattet es vor allem, die Geschwindigkeit der Bewegung des SchUtzes in sehr weiten Grenzen zu verändern.
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Organ aufweist, keine Gelenke, keine Rollen, Hebel, Seile, Schwimmer, Rückführung, so dass die un- erwttnschten Reibungen auf ein Minimum herabgesetzt sind. Lediglich die beiden Lager des SchUtzes sind zu schmieren. Alle Einzelteile sind unbeweglich und werden ohne jede Möglichkeit, sich zu verstellen, ein für allemal einreguliert.
Das Schütz ist vollkommen aus eigenem wirkend ; die Kräfte für seine Funktion werden an Ort und Stelle gewonnen und die Heranführung von Kräften von aussen her ist völlig vermieden.
Das Schütz ist sehr sparsam Wenn es mit einem Schutz der üblichen Bauart mit hydraulischer Betätigung und Schwimmersteuerung zum Abschliessen einer gleichgrossen Schleusenöffnung verglichen wird, so ergeben sich beim beschriebenen Schütz bezüglich des Gewichtes und des Preises wie auch bei den übrigen mit dem Schütz verbundenen Bauten Einsparungen in der Grössenordnung von etwa einem Viertel der Kosten der bisher üblichen"klassischen"Lösung.
Das beschriebene Schütz erlaubt des weiteren beim Aufbau von Absetzbecken oder Klärbecken eine Loslösung von jeder Beschränkung hinsichtlich der Tiefe der Becken, etwa bei Absetzbecken mit starker Neigung der Bettung und damit rascher Entleerung der Ablagerungen oder mit überhängenden Wänden. Bei derartigen Bauwerken ist im Gefahrfalle das Eindringen von Schotter od. dgl. stromaufwärts in die Zubringerkanäle vermieden ; ihre Konstruktion erfordert aber eine hinreichende Tiefe des Beckens. In solchen Fällen ergibt sich durch denErsatz der üblichen SchUtze, die bis zur Oberfläche reichten, die ganze Tiefe des Bassins abdeckten und von Schwimmern gesteuert wurden, durch ein Schütz gemäss der Erfindung eine besonders starke Einsparung.
Die Einsparung erreicht beispielsweise für das SchUtz zusammen mit den sonstigen Bauarbeiten für das Becken drei Viertel der Kosten der"klassischen Losung"für ein Bassin von einer Tiefe von 3 m beim Schütz.
Jedoch haftet dieser Art von Schützen der Nachteil einer zu heftigen Bewegung an, welcher die Anwendung dieser Schütze ohne die Anwendung komplizierender Hilfsmittel schwierig macht. Bei Schützen von mehr als 0, 7 x 0, 4 m Flächenausmass müssen Stossdämpfer vorgesehen werden. Es ist auch festzustellen, dass die Zeit, während welcher das Schütz offen bleibt, verhältnismässig kurz ist, etwa 1-2 Minnten beträgt, und von den Abmessungen der Dichtungen und von der hydrostatischen Höhe abhängt, wenn es auch möglich Ist, durch Verändern der Breite der Dichtungen und des Querschnittes des Ausflusses des Heberrohres eine Regelung der Öffnungsdauer zu erreichen.
Diese Unzulänglichkeiten sind bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 7-16 behoben.
Die Betätigungseinrichtung trägt auch hier einen beweglichen und mit einem Heberrohr 56 versehenen Behälter 50, der auf einem Hebel 4, 4', dessen anderer Arm die Schützentafel 3 trägt, angeordnet ist. In diesen Behälter taucht jedoch, wenn er angehoben ist, ein ortsfester Behälter 51 ein, welcher mit Hilfe von Armen 52 an einer Verlängerung 53 des Mauerwerkes oder des sonstigen Bauwerkes oberhalb des Betätigungsorganes befestigt ist. Dieser ortsfeste Behälter trägt In seinem unteren Teile ein Bodenventil,
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zw. einAusflussrohr 54, dasbei am Behälter 51 befestigt, während derAbschlussteil 55 sich am beweglichen Behälter 50 befindet.
Wie die Fig. 13 erkennen lässt, geht auch hier ein Heberrohr 56 von einer Stelle am Grunde des (angehobenen) beweglichen Behälters aus ; ebenso ist auch ein Abflussloch 57 an einer unten gelegenen Stelle vorgesehen.
Der Behälter 51 dringt mit einem gewissen Spiel in das Innere des beweglichen Behälters 50 ein und das Bodenventil schliesst sich hiebei, indem sich das Ausflussrohr 54 gegen den Abschlussteil 55 drückt, wenn sich das Schütz schliesst und sich gegen die Schwelle der Schleusenöffnung presst.
Die Betätigungseinrichtung ist hier so ausgebildet, dass sie im gegebenen Zeitpunkt entweder das Füllen des festen Behälters oder des beweglichen Behälters gestattet.
Wie dies auch beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall war, ist eine Steuereinrichtung, die nicht in den Rahmen der Erfindung fällt, erforderlich, um dem Steuerorgan eine bestimmte, für seine Funktion erforderliche Wassermenge zuzuführen. Wie dies später noch beschrieben werden wird, kann diese Steuereinrichtung so eingestellt werden, dass sie die notwendige Wassermenge entweder dem ortsfesten oder dem beweglichen Behälter zuzuführen gestattet, je nachdem, welche Funktionsart gewünscht wird.
Wie beim vorher beschriebenen Beispiel Ist bei leerem beweglichem Behälter das Moment, welches sich aus der Gesamtheit Schützentafel - Achse - beweglicher Behälter ergibt, d. i. das natürliche Übergewicht, unter allen Umständen hinreichend gross, um das Schliessen des SchUtzes zu gewährleisten und auch grösser als die Momente, die von den verschiedenen Reibungskräften herrühren.
Das vom beweglichen Behälter bei seiner Füllung erzeugte Moment-das Antriebs-oderöffnttcgt- moment -, welches das Öffnen des Schützes bewirkt und dessen Verschwinden das Schliessen des Schützes nach sich zieht, entsteht hier durch den hydrostatischen Druck auf den beweglichen Behälter, welcher
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BehältersBehälters durch das Heberrohr weiter, wodurch das Gewicht des beweglichen Behälters weiter erniedrigt wird und das im Schliessungssinne wirkende Drehmoment seine volle Wirkung entfaltet, wodurch die Schtit- zentafel mit ganzer Kraft begen die Schwelle der Schleusenöffnung gedrückt wird.
Aus dieser Beschreibung geht klar hervor, dass es, anStelle den ortsfesten Behälter immer voll zu hal- ten, auch möglich ist, diesen normalerweise leer zu lassen und dass die Steuereinrichtung aufeinanderfol- gend zuerst den ortsfesten Behälter und dann den beweglichen füllen kann. Hiedurch ergibt sich eine Ver- zögerung des Öffnens um die ganze Dauer der vorhergegangenen Füllung des ortsfesten Behälters. Bei einer derartigen Anordnung braucht die Steuereinrichtung lediglich ein einziges Wasserzuflussrohr zum ortsfesten
Behälter aufzuweisen, dessen Überlauf nunmehr nicht nach aussen, sondern in den beweglichen Behälter mündet.
Wenn im Gegensatz hiezu die Steuereinrichtung nicht den ortsfesten, sondern den beweglichen Behälter beliefert, wobei wieder der ortsfeste Behälter normalerweise leer bleibt, so ist klar zu erkennen, dass sich hiedurch eine Verlängerung der Öffnungszeit ergibt. Eine geringe Wassermenge genügt nämlich, wie dies schon im ersten Fall erläutert worden ist, um den Raum zwischen dem ortsfesten und dem beweglichen Behälter zu fullen, wodurch sich das Schütz von der Schwelle der Schleusenöffnung abhebt. Diese Bewegung bewirkt das Verringern des hydrostatischen Niveaus im beweglichen Behälter ; diese Verringerung wird noch verstärkt durch das Öffnen des Bodenventiles, durch welches nunmehr Wasser aus dem ortsfesten in den beweglichen Behälter ausströmen kann.
Das im Öffnungssinne wirkende Drehmoment sinkt auf einen sehr geringen Wert ab, so dass die Öffnungsbewegung beinahe unterbrochen wird. Da aber weiterhin Wasser In den Raum zwischen dem ortsfesten und dem beweglichen Behälter geliefert wird, wird die Bewegung im Öffnungssinne in jenem Ausmasse aufrechterhalten, als das hydrostatische Niveau zwischen festem und beweglichem Behälter zunimmt. Das Ende der Öffnungsbewegung geht mit der gleichen Geschwindigkeit vor sich wie beim zuvor beschriebenen Beispiel.
Ausser den Vorteilen, die die zuerst beschriebene Ausführungsform hat, bietet diese andere Ausführungsart nicht nur die Vorteile, die mit dem progressiven Charakter ihrer Bewegung zusammenhängen, sondern auch jenen einer sehr feinen Regelbarkeit der Dauer der Öffnungsbewegung, der Zeitdauer, über welche das Schütz offen bleibt und der Dauer der Schliessbewegung.
Um genauere Vorstellungen zu geben, soll noch angeführt werden, dass bei einem Schütz mit einer Abmessung von 1 x 0, 8 m seiner Tafel, einem im Öffnungssinne wirkenden Drehmoment von 250 mkg und einer Wasserzufuhr von 2 1/sec die normale Öffnungsdauer des Schütz es vom Beginn des Füllens des beweglichen Behälters bis zum vollen Öffnen des Schützes in der Grössenordnung einer Minute liegt ; das Abheben der Schützentafel beginnt beispielsweise 20-30 Sekunden nach der vollständigen Füllung des beweglichen Behälters, etwa 60-75 Sekunden verstreichen zwischen dem Beginn des Abhebens bis zum vollen Öffnen des Schützes. Die Wassermenge, die erforderlich ist, um das Schütz zu öffnen und 10 Minuten lang offen zu halten, beträgt etwa 250 l.
Wenn bei der Arbeitsweise mit raschem Ansprechen die Schliessbewegung durch ein Hindernis (Steine, Holz od. dgl.) gehemmt wird, so vollführt das Schutz selbsttätig von neuem eine volle Bewegungsfolge und schliesst sich. Im Falle sich das SchUtz nicht vollständig schliessen kann, wird nämlich auch das Bodenventil nicht ganz geschlossen und durch die weitergehende oder wiederbeginnende Belieferung des ortsfesten Behälters mit Wasser füllt sich der bewegliche Behälter von neuem bis zum Erreichen des zum Abheben der Schützentafel erforderlichen Niveaus. Die Bewegungsfolge wird also neuerlich ausgelöst und läuft bis zum vollständigen Schliessen des Schützes durch.
PATENTANSPRÜCHE :
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