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Hydraulische Anlage mit einer Spiegeldifferenzschaltung od. dgl. und Steuerrelais
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Zeit bei grosser Wasser Verschmutzung und somit höherem Stau laufen müssen, sehr unangenehm aus, weil periodisch Schmutzwasserstösse in das Reinwasser des Ablaufkanals gelangen.
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Anlage mit einer Spiegeldifferenzschaltung od. dgl., insbe- sondere Wasserreinigungsanlagen mit einer gewichtsbelasteten Sicherheitsüberdruckklappe in einer Ne- benschlussverbindung zwischen Zulauf- und Ablaufkanal der hydraulischen Anlage. Erfindungsgemäss ist eine solche Anlage gekennzeichnet durch eine bei einer einstellbaren Belastung der Überdruckklappe selbsttätig auslösende Verriegelung dieser Überdruckklappe und durch ein von der Spiegeldifferenzschal- tung betätigtes Schaltglied für die Auslösung der Verriegelung der Überdruckklappe.
Man erreicht da- durch, dass die Überdruckklappe auf die durch die Wellenberge hervorgerufenen kurzen Stösse nicht an- sprechen kann und in ihrer Bewegung von der zur Steuerung der Siebmaschine od. dgl. dienenden Spiegel- differenzschaltung abhängig ist, auf die sich die Wellenberge im allgemeinen nicht nachteilig auswir- ken. Erst wenn die meistens auf dem Schwimmerprinzip aufgebaute Differenzschaltung den zulässigen maximalen Staudruck anzeigt bzw. erreichthat, wird die Verriegelung der Überdruckklappe aufgehoben, so dass letztere sich zum Ausgleich der Wasserspiegel im Zulauf- und Ablaufkanal und damit zur Herabsetzung des Staudruckes öffnen kann.
Damit die Überdruckklappe ihre Funktion als Sicherheitsklappe im
Rahmen der gestellten Anforderungen durch diese Anordnung nicht verliert, wird nach einem weiteren Er- findungsgedanken eine hydraulische Verriegelung für die Überdruckklappe vorgesehen. die aus einem in einem Zylinder hydraulisch beaufschlagbaren Kolben, einem dem Kolben mit der Überdruckklappe verbindenden Gestänge, einem auf den maximalen Verriegelungsdruck eingestellten Sicherheitsventil und einem von der Spiegeldifferenzschaltung betätigbaren Ventil zur Aufhebung des Verriegelungsdruckes im
Zylinder besteht.
Man hat dadurch die Möglichkeit, das Sicherheitsventil auf einen Druck einzustellen, der sich aus dem zulässigen maximalen Staudruck und der Flächengrösse der Sicherheitsklappe errechnet, und kann das Sicherheitsventil nach einer einmaligen fabrikmässigen Einstellung mit einer Plombe versehen, so dass eine unbefugte Verstellung des Sicherheitsventils nicht mehr möglich ist. Falls dann die erfindungsgemässe Anordnung durch unvorhergesehene Einflüsse, z. B. durch Ausfall der Steueranlage usw., ausser Betrieb gesetzt wird, spricht das Sicherheitsventil bei Erreichung des maximalen Staudruckes zwischen Zulauf- und Ablaufkanal an, damit die Klappe sich öffnet und ein Ausgleich der Spiegelhöhen im Zulauf-und Ablaufkanal bis zu einem zulässigen Staudruck erfolgen kann.
Die hydraulische Verriege- lung ist'im Falle der Erfindung vorteilhaft weiter so aufgebaut, dass der Kolben im Zylinder beiderseitig hydraulisch beaufschlagt werden kann, und dass das Ventil zur Aufhebung des Verriegelungsdruckes, welches von der Spiegeldifferenzschaltung gesteuert wird, beide Zylinderräume miteinander verbindet, so dass bei Aufhebung des Verriegelungsdruckes durch Steuerung der Spiegeldifferenzschaltung ein Druckaus- gleich zwischen den beiden Zylinderräumen stattfindet und die Bewegung des Überdruckklappe in Öffnungsrichtung möglich ist. Durch Beaufschlagung des Kolbens auf der einen Seite erfolgt die Verriegelung der Klappe, wobei ein gewolltes Öffnen der Klappe durch Beaufschlagung des Kolbens auf der gegenüberliegenden Seite möglich ist.
Damit die eingangs genannte stabile Öffnungs- und Schliesscharakteristik der Überdruckklappe durch die Anordnung des Erfindungsgegenstandes gewahrt bleibt, kann die Verbindungsleitung zwischen den beiden Zylinderräumen zusätzlich mit einem Drosselventil ausgerüstet sein, welches ein schnelles Öffnen und schnelles Schliessen der Überdruckklappe verhindert.
Falls der Erfindungsgegenstand bei Überdruckklappen angewendet wird, deren Öffnungscharakteristik labil ist, wird selbst bei dieser Überdruckklappe eine stabile Charakteristik durch das Drosselventil zu erreichen sein.
Zur Erzeugung des hydraulischen Druckes in den Zylinderräumen verwendet man vorteilhaft einen Elektromotor mit einer Pumpe. Der Motor dieser Pumpe kann das erste Mal von Hand über einen Hauptschalter eingeschaltet werden. Bei Erreichung eines bestimmten Zylinderdruckes, der auf den maxima- len, zulässigen Staudruck zwischen Zulauf- und Ablaufkanal eingestellt ist, schaltet sich die Pumpe selbsttätig ab, u. zw. beispielsweise durch im Kontaktmanometer üblicher Ausführung. Falls der Druck in den hydraulischen Teilen sinkt, u. zw. infolge Undichtigkeit in den Leitungen, Ventilen, Manschetten usw., schaltet das Kontaktmanometer bei einem bestimmten Minimaldruck die Pumpe wieder ein.
Gleichzeitig mit dem Einschalten der Pumpe kann ein Signal, vorteilhaft ein akustisches Signal, ausgelöst werden, um den Wärter der hydraulischen Anlage auf die Funktion des Erfindungsgegenstandes aufmerksam zu machen.
Da nun Wellenbewegungen nicht ständig, sondern nur zeitweise. oft sogar tagelang gar nicht auftreten, würde die erfindungsgemässe Einrichtung meist unnötig unter Druck gehalten und somit unnötig beansprucht werden. Die Berücksichtigung dieser Verhältnisse ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen.
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Es wird vorgeschlagen, zwischen dem Zylinder, der hydraulischen Verriegelungseinrichtung und einem Vorratsbehälter für das Druckmittel eine fein eingestellte Drossel anzuordnen, durch die selbständig eine kleine Menge des Druckmittels abfliesst, so dass das Drucksystem langsam entlastet wird, und an Stelle des Kontaktmanometers ein Steuerrelais anzuordnen. Bei diesem Steuerrelais wirktein durch Beaufschlagung mit dem Druck des Drucksystems bewegliches Organ über Zwischenglieder mit einer Reibungsschlussverbindung auf einen zwischen Anschlägen nur begrenzt beweglichen Schalthebel, Schaltnocken od. dgl. ein, der bei seiner Bewegung einen oder mehrere Schalter zum Ein-oder Ausschalten des Druckgebers, z. B. der Pumpe, betätigt. Diese fein eingestellte Drossel sorgt dafür, dass die Verriegelungseinrichtung normalerweise drucklos ist.
Sobald dann aber die Sicherheitsklappe durch eine Wellenbewegung einen Impuls in Öffnungsrichtung erhält, entsteht in der hydraulischen Verriegelungseinrichtung ebenfalls ein kleiner Druckimpuls, der sich auch im Steuerrelais auswirkt. Das Steuerrelais schaltet dann sofort die Pumpe ein, so dass die Verriegelungseinrichtung unter Druck gesetzt wird. Gleichzeitig beginnt aber auch durch die fein eingestellte Drossel wieder die Entlastung des Drucksystems. Diese Entlastung erfolgt jedoch so langsam, dass die z. B. durch ein vorbeifahrendes Schiff verursachten Wellen abgeklungen sind, bevor das Drucksystem so weit entlastet ist, dass es die Klappe nicht mehr verriegelt. Falls eine neue Wellenbewegung im Bereich der oberen Staudruckgrenze einsetzt, wiederholt sich der Vorgang.
Man erhält auf diese Weise eine vollkommen automatisch arbeitende Verriegelungseinrichtung, die nur bei Bedarf in Tätigkeit tritt, während der übrigen Zeit aber entlastet ist.
An Stelle dieser selbsttätig arbeitenden Einrichtung kann auch eine halb selbsttätig arbeitende Einrichtung vorgesehen werden, indem die motorisch angetriebene Pumpe durch eine Fusspumpe ersetzt wird, die der Wärter zu betätigen hat, wenn ein beim Minimaldruck z. B. durch ein Kontaktmanometer ausgelöstes Signal ertönt bzw. sichtbar wird und anzeigt, dass der Druck in der Verriegelungseinrichtung nicht ausreicht, um unerwünschte Klappenöffnungen infolge von Wellenbewegungen zu verhindern.
Sollte es sich ergeben, dass sich die Wellen im Zulaufkanal auch auf dem Wasserspiegel im Ablaufkanal und insbesondere in geringfügigem Masse auch auf die genannte Spiegeldifferenzschaltung auswirken, kann man das Ventil zur Aufhebung des Verriegelungsdruckes mit einem Verzögerungsschalter ausrüsten, so dass der Verriegelungsdruck nicht sofort bei Erreichen des maximalen mittleren Staudruckes in der Spiegeldifferenzschaltung ausgelöst wird, sondern erst nach einer vorbestimmten Zeit. Diese zusätzliche Anordnung wird jedoch im allgemeinen nicht erforderlich sein, weil dieEintrittsöffnungen vonSpiegeldifferenzschal- tungen mit Dämpfern zur Vernichtung von Stossenergie aus kleineren Wasserstössen versehen sind.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, welches in der Zeichnung in den Fig. 1 - 3 schematisch angedeutet ist.
Fig. 1 zeigt das Einbauschema einer Sicherheitsklappe zwischen Zulauf- und Ablaufkanal von Wasserreinigungsanlagen insbesondere mit umlaufenden Siebbändern oder Siebtrommel. Die Sicherheitsklappe 1 ist in einem Durchbruch 2 im Mauerwerk zwischen dem Zulaufkanal 3 und dem Ablaufkanal 4 angeordnet. Sie ist um eine obere, horizontale Achse 5 schwenkbar und mit einem sich etwa horizontal erstreckenden Arm 6 verbunden, an dem ein Belastungsgewicht 7 hängt, welches vorteilhaft vollständig in die Flüssigkeit eintaucht und in der Grösse so bemessen ist, dass für die Sicherheitsklappe 1 eine stabile Öffnungscharakteristik erreicht wird, jedem Öffnungswinkel der Sicherheitsklappe 1 ist ein bestimmter Staudruck zugeordnet, so dass die Klappe sich bei steigendem Staudruck langsam öffnet und bei fallendem Staudruck langsam schliesst.
Zur Steuerung der Spiegelhöhe im Zulaufkanal 3 und im Ablaufkanal 4 dient die in Fig. 1 schematisch angedeutete und auf dem Schwimmerprinzip angeordnete Spiegeldifferenzschaltung. Bei dieser Einrichtung sind im Prinzip zwei lotrechte Schwimmerschächte 12 und 13 vorgesehen, in denen je ein Schwimmer 14 und 15 angeordnet ist. Der eine Schwimmerschacht mündet mit seinem offenen Unterende in den Ablaufkanal 4, während das offene Unterende des andern Schachtes 12 beispielsweise über eine Leitung 15 mit dem Zulaufkanal in Verbindung steht. Beide Schwimmerschächte sind am Einlaufende mit Dämpfern 16 versehen, die Stossenergie aus kleinen Wasserstössen vernichten, so dass man in den Schwimmerschächten verhältnismässig ruhige Wasserspiegel erhält.
Die Schwimmer sind beispielsweise über ein Seil und eine obere Umlenkung miteinander verbunden, so dass diese Umlenkung beim Absinken des einen oder andern Schwimmers eine Bewegung in der einen oder andern Richtung ausführt und zur Steuerung beliebiger Vorgänge benutzt werden kann. Im Falle von Wasserreinigungsanlagen wird die Reinigungsanlage bei einem bestimmten maximalen Staudruck durch die Spiegeldifferenzschaltung eingeschaltet und bei einem minimalen Staudruck wieder abgeschaltet. Erfindungsgemäss ist mit dem Hebelarm 6 der Sicherheitsklappe ein Gestänge 50 gelenkig verbunden, welches anderseits an die Kolbenstange 8 eines Kolbens 9 angelenkt ist, der in einem Zylinder 10 vorteilhaft beidsei - tig beaufschlagt werden kann.
Dieser Kolben mit dem Zylinder bildet die eigentliche hydraulische Ver-
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riegelungseinrichtung für die Sicherheitsklappe 1 und wird zweckmässig mit den dazugehörigen Einrich- tungen in einem über Flur angeordneten Gehäuse 11 untergebracht.
Bezogen auf das Schaltschema nach Fig. 2 wird durch den in Fig. 1 dargestellten Haupthebel 17a eine Pumpe 18 mit elektrischem Antriebsmotor 19 eingeschaltet, die aus einem Vorratsbehälter 20 bei- spielsweise Öl als Druckmittel über eine Leitung 21 und ein im Falle des Beispiels aus Gründen einer bes- seren Übersicht auseinandergezogen gezeichnetes Hauptventil den Zylinderraum 22 unter Druck setzt, so dass der Druck gegen den Kolben 9 drückt, der seinerseits die Sicherheitsklappe 1 in ihrer geschlossenen
Lage verriegelt. Sobald ein maximaler Druck erreicht ist, der sich aus der Flächengrösse der Sicherheits- klappe und dem zulässigen Staudruck errechnet und vorteilhaft wenig grösser als dieser Wert gewählt wird, schaltet ein Kontaktmanometer 23 die Pumpe 18 automatisch ab.
Mit dem Spiegeldifferenzschalter ist elektrisch ein Magnetventil 24 in einer Leitung 25 zwischen den beiden Zylinderräumen 22 und 26 ge- koppelt. Treten jetzt im Zulaufkanal Wellenbewegungen auf, deren Wellenberge sich zu dem mittleren
Staudruck addieren, und übersteigt dieser Gesamt-Staudruck den zulässigen Maximalstaudruck, so erfolgt noch kein Öffnen der Sicherheitsklappe. Erst wenn der maximal zulässige Staudruck in der Spiegeldiffe- renzschaltung erreicht ist, wird durch diese Schaltung das Magnetventil 24 betätigt. Dadurch werden bei- de Zylinderräume 22 und 26 miteinander verbunden, so dass die Sicherheitsklappe sich öffnen kann. Da- mit der Wärter die Funktion der Verriegelungseinrichtung ständig überprüfen kann, ist eine Signaleinrich- tung, beispielsweise ein Signalhorn 27, vorgesehen, welches ertönt, wenn die Pumpe 18 eingeschaltet ist.
Will man, umgekehrt, ein Öffnen der Sicherheitsklappe bewusst herbeiführen, so kann man durch Umschalten des Hauptventils 17 und des damit gekoppelten elektrischen Hauptschalters 17b erreichen, dass das Druckmittel aus dem Behälter 20 in den Zylinderraum 26 gedrückt wird, so dass der Kolben 9 die Sicherheitsklappe 1 öffnet.
Damit die Überdruckklappe ihre Funktion als Sicherheitsklappe auch dann erfüllt, wenn beispielsweise die Steuereinrichtung für die Verriegelung ausfällt oder andere Hinderungen irgendwelcher Art eintreten, sind zwischen den Zylinderzuleitungen für die beiden Zylinderräume und den Vorratsbehälter für die Druckmittel Sicherheitsventile 28 und 29 eingeschaltet, die auf einen Wert eingestellt sind, der wenig höher liegt als der für die Verriegelung der Sicherheitsklappe gewählte Maximaldruck. Diese Sicherheitsventile 28 und 29 werden also in jedem Falle ansprechen, wenn irgendeine andere Stelle der Verriegelungseinrichtung versagen sollte. Die Sicherheitsventile lassen sich im Herstellerwerk genau einregeln und verplomben, damit eine unbefugte Verstellung des Sicherheitsventils nicht mehr möglich ist.
Ausserdem kann ein Sicherheitsventil 30 vorgesehen sein, welches unerwünschte Überdrücke in den Teilen des Drucksystems vermeiden soll, die bei Ruhestellung nicht mit einem der beiden Zylinderräume oder deren Zuleitungen in Verbindung stehen. Im übrigen sind in üblicher Weise Rückschlagventile 31 vorgesehen, die in der Zeichnung symbolisch als Rechteck mit Diagonalkreuz dargestellt sind.
In Reihe mit dem Magnetventil kann eine Drossel 32 in der Leitung 25 zwischen den beiden Zylinderräumen 22 und 26 vorgesehen sein, die bei geöffnetem Magnetventil 24 nur langsam einen Druckausgleich zwischen den beiden Zylinderräumen 22 und 26 zulässt, so dass auch die Sicherheitsklappe sich nur langsam öffnen und schliessen kann. In diesem Falle kann unter Umständen auf das Belastungsgewicht 7 der Sicherheitsklappe verzichtet werden.
Bei der weiter oben erwähnten halb selbsttätigen Einrichtung ist an Stelle der Pumpe 18 mit dem Elektromotor 19 eine Fusspumpe 33 vorgesehen, während die übrigen Teile der Schemadarstellung nach Fig. 2 unverändert bleiben. Diese Fusspumpe hat der Wärter zu betätigen, sobald das Signal 27 ertönt oder sichtbar wird, welches auch bei der voll selbsttätigen Einrichtung in Funktion tritt. Es ist selbstverständlich möglich, durch ein geeignetes Hauptventil 17 eine Umschaltmöglichkeit von halb selbsttätig auf voll selbsttätig zu schaffen.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung und einem selbständigen Erfindungsgedanken ist an Stelle des Kontaktmanometers 23 ein Steuerrelais vorgesehen, welches in der Fig. 3 als Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in einem Zylinder 34 mit einem Anschlussstutzen 35 für den Anschluss an das Drucksystem des Schemas nach Fig. 2 ein dicht geführter Kolben 36 angeordnet, der bei Beaufschlagung mit dem Druck des Drucksystems gegen eine Abfederung beweglich ist. Diese Abfederung kann, wie im Falle des Beispiels, aus einem Gaspolster 37 oder aus einer Abfederung bestehen. Die Kolbenstange 38 ist aus dem Zylinder herausgeführt und mit einem starren Anschlag 39 versehen, der in der oberen und unteren Endlage des Kolbens 36 gegen je einen Mikroschalter 40 und 41 arbeitet.
Ausserhalb des Zylinders 34 ist auf der Kolbenstange 38 ein Schalthebel 42 mit Reibungsschluss aufgesetzt. Dieser Reibungsschluss kann beispielsweise durch eine Schraube 43 und ein an der Kolbenstange anliegendes Plättchen 44 einstellbar sein. Der Schalthebel 42 ist zwischen Anschlägen 45
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und 46 nur begrenzt beweglich, wobei diese Anschläge ebenfalls einstellbar sein können. wie es in der
Zeichnung schematisch angedeutet ist. Mit dem freien Ende betätigt der Schalthebel bei Bewegung des
Kolbens einen Schaltkontakt 47. Unter Umständen ist es möglich, dass der Schalthebel bei Bewegung des
Kolbens in der einen Richtung den Schaltkontakt 47 und bei Bewegung des Kolbens in der andern Richtung einen weiteren Kontakt 49 betätigt.
Wenn ein solches Steuerrelais an Stelle eines Kontaktmanometers beim Drucksystem nach dem Schema nach Fig. 2 vorgesehen wird und die Klappe infolge einer Wellenbewegung einen Öffnungsimpuls enthält, entsteht im Drucksystem ein Druckimpuls, der auch den Kolben ein geringes Stück gegen den Polster 37 verschiebt. Dabei legt sich der Schalthebel 42 gegen den Kon- takt 47, so dass die Druckpumpe eingeschaltet wird und das Signal in Tätigkeit tritt bzw. bei der halb selbsttätigen Einrichtung nur das Signal ertönt bzw. sichtbar wird und der Wärter die Fusspumpe betätigen muss. Dann steigt der Druck im System, so dass der Kolben weiter gegen den Polster 37 verschoben wird und seine Kolbenstange gegenüber dem Schalthebel 42 infolge der Reibungsschlussverbindung zwischen diesen beiden Teilen eine Relativbewegung ausführt.
Bei Erreichen des vorbestimmten maximalen Verriegelungsdruckes betätigt der Kolben in der oberen Endlage mit dem Anschlag 39 den Endschalter 40, der den Druckgeber abschaltet bzw. auch das Signal ausser Betrieb setzt, womit dem Wärter angezeigt wird, dass der maximale Verriegelungsdruck erreicht ist. Bei Verwendung eines Steuerrelais kann man in zuvor schon erwähnter Weise das Drucksystem durch eine in Fig. 2 angedeutete, fein eingestellte Drossel 49 ständig langsam entlasten. Bei dieser Entlastung sinkt der Druck langsam auf einen Minimalwert und geht auch der Kolben langsam in die Ausgangsstelle zurück, so dass er in seiner unteren Endlage den Endschalter 41 betätigt und der Vorgang sich wiederholt. Es erfolgt dann ein ständiges Spiel des Druckes zwischen dem vorbestimmten minimalen Druck und dem vorbestimmten maximalen Druck.
Will man aber das System drucklos halten, weil die Wellenbewegung in unbestimmten, mehr oder weniger grossen Zeitabständen erfolgt, kann man auf die Anordnung des Endschalters 41 verzichten. Will man weiter dem Wärter die Möglichkeit geben, zu beobachten, ob der Druck im Drucksystem langsam sinkt, kann man den Kontakt 48 in den Stromkreis einer Signallampe od. dgl. einschalten, so dass diese Signallampe aufleuchtet,. wenn der Kolben sich bei langsamem Druck ebenfalls von seiner oberen in seine untere Endlage bewegt. Bei einem Steuerrelais der vorstehenden Art kann das bewegliche Organ auch aus einer gebogenen Röhre mit Eigenfederung bestehen, deren Innenraum an das Drucksystem angeschlossen ist und deren eines bewegliches Ende über Zwischenglieder mit einer Reibungsschlussstelle auf den Schalthebel einwirkt.
Als Reibungsschlussverbindung kann an Stelle der Ausführung nach dem Beispiel der Fig. 3 auch eine Backenbremse, Scheibenbremse, Rutschkupplung, Reibscheibenanordnung od. dgl. vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, an Stelle des Schalthebels eine verschwenkbar gelagerte Kontaktröhre etwa nach Art eines Quecksilberschalters vorzusehen, die durch die Kolbenbewegung ebenfalls in der einen oder andern Richtung verschwenkt wird und dabei Kontakte schliesst.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydraulische Anlage mit einer Spiegeldifferenzschaltung od. dgl., insbesondere Wasserreinigungsanlage, mit einer gewichtsbelasteten Sicherheitsüberdruckklappe in einer Nebenschlussverbindung zwischen dem Zulauf- und Ablaufkanal der hydraulischen Anlage, gekennzeichnet durch eine bei einer ein-
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sung der Verriegelung der Überdruckklappe (1).