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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten einer heb- und senkbaren Stau- einheit, insbesondere einem Wehr oder eines Turbinen-Generatormoduls mit mehreren neben- und/oder übereinander angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten, zwischen zwei ortsfesten Dammstrukturen, insbesondere Pfeilern, einer Stauanlage für ein flüssiges Medium, insbesondere eine Wehranlage an einem Wasserweg, sowie ein Verfahren zum Halten und Heben bzw. Senken einer solchen Staueinheit und einer zugehörigen Stauanlage.
Stauanlagen in Wasserwegen weisen in der Regel zumindest zwei ortsfeste Dammstrukturen, wie Pfeiler, auf, zwischen denen eine Staueinheit, wie ein Schott, ein Wehr, eine Klappe, ein Turbi- nen-Generatormodul mit mehreren neben- und/oder übereinander angeordneten mit einander verbundenen Turbinen-Generatoreinheiten, etc., angeordnet ist, um die spezielle Funktion der Stauanlage, wie z.B. als Wehranlage, als Staudamm zum Aufrechterhalten eines gewissen Pegel- standes für die Schifffahrt oder als ein Bewässerungsdamm, etc. erfüllen zu können. Diese Stau- einheiten sind in der Regel heb- bzw. senkbar, um vor allem in Notsituationen, wie z. B. bei einem Hochwasser, den Wasserweg freigeben zu können, und werden dazu über geeignete Führungsein- richtungen, wie Führungsnuten im Pfeiler und Führungsrollen an der Staueinheit, in den Damm- strukturen der Stauanlage geführt.
Das Heben bzw. Senken der Staueinheiten erfolgt dabei über an der Stauanlage vorhandene Hebeeinrichtungen, wie Kräne.
Normalerweise besteht eine solche Stauanlage aus mehreren nebeneinander angeordneten Dammstrukturen und einer entsprechenden Anzahl von Staueinheiten, wobei aus Kostengründen jedoch meistens nur ein Kran zur Verfügung steht. Es ist daher notwendig, Vorrichtungen vorzuse- hen, mit denen die Staueinheiten ohne der Hilfe des Kranes in einer gehobenen Position gehalten werden können.
Bei bisher bekannten Anlagen dieser Art wurden einfach Balken quer über die Führungsnuten im Pfeiler untergelegt, auf die dann die Führungsrollen der Staueinheiten aufliegen und die Stau- einheiten auf diese Weise in einer gehobenen Position gehalten werden. Diese Balken werden dabei hauptsächlich auf Biegung beansprucht und müssen aufgrund der hohen Gewichte solcher Staueinheiten entsprechend gross dimensioniert werden. Allerdings erfolgt die Einleitung der Kräfte in die Dammstruktur sehr nahe am Rand, da die Führungseinrichtungen natürlich am Rand der Dammstruktur angeordnet sind, wodurch nur geringe Querschnitte zum Abtragen der Last vorhan- den sind und die übertragbaren Lasten dadurch nur gering sind. Ein Bespiel für eine solche un- günstige Belastung und Krafteinleitung kann der US 4,143,990 A entnommen werden.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe eine Haltevorrichtung für Staueinheiten einer Stauanlage anzugeben, bei der die oben angeführten Nachteile vermieden werden können und die darüber hinaus einfach und kostengünstig gebaut und betrieben werden kann.
Diese Aufgabenstellung wird für die Haltevorrichtung dadurch gelöst, dass die Haltevorrichtung zumindest ein Halteelement aufweist, welches mit der Staueinheit lösbar verbindbar ist und die Haltevorrichtung eine Rahmenstruktur aufweist, über dessen Elemente im Wesentlichen nur Zug- und/oder Druckkräfte übertragbar sind.
Für das Verfahren zum Halten einer solcher Haltevorrich- tung ergibt sich die Lösung daraus, dass die Staueinheit von einer Hebeeinrichtung, insbesondere einem Kran, von der abgesenkten Betriebsposition in eine darüber befindliche Halteposition geho- ben wird, zumindest eine eine Rahmenstruktur aufweisende, im Wesentlichen nur Zug- und/oder Druckkräfte übertragende Haltevorrichtung mit der Staueinheit lösbar verbunden wird und die Staueinheit nach Entfernung der Hebeeinrichtung durch diese Haltevorrichtung selbsttätig in der Halteposition gehalten wird. Und für ein Verfahren zum Heben bzw.
Senken einer Staueinheit dadurch, dass die Staueinheit in der Halteposition mit einer Hebeeinrichtung verbunden wird, zumindest eine eine Rahmenstruktur aufweisende, im Wesentlichen nur Zug- und/oder Druckkräfte übertragende Haltevorrichtung, die die Staueinheit selbsttätig in dieser ersten Halteposition hält, gelöst wird, die Staueinheit mit der Hebeeinrichtung in die Betriebsposition oder in eine weitere Halteposition gehoben oder gesenkt wird und bei Bedarf zumindest eine eine Rahmenstruktur aufweisende Haltevorrichtung mit der Staueinheit verbunden wird, wobei in diesem Fall die Stau- einheit nach Entfernung der Hebeeinrichtung von dieser Haltevorrichtung selbsttätig gehalten wird.
Durch die rahmenartige Ausgestaltung der Haltevorrichtung kann diese kleiner dimensioniert werden, da in Verbindung mit dem Halteelement im Wesentlichen nur Zug- bzw. Druckkräfte mit relativ geringe Stabquerschnitten übertragen werden können. Ausserdem rückt das Auflager der rahmenartigen Haltevorrichtung aus konstruktiven Gründen automatisch vom Rand der Damm-
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struktur zur Mitte hin zurück, wodurch auch grössere Kräfte über den dadurch grösseren zur Verfü- gung stehenden Dammquerschnitt übertragen werden können.
Eine konstruktiv sehr einfache und daher günstige Ausgestaltung erhält man durch eine Aus- führung der Haltevorrichtung mit zwei Schenkeln, deren der Staueinheit zugewandten Enden mittels geeigneter Halteelemente mit der Staueinheit verbunden werden können. Eine solche Haltevorrichtung kann sehr einfach ausgelegt werden, da der Rahmen dann lediglich aus einem Druck- und einem Zugstab besteht.
Ein ausgesprochen einfaches Halteelement erhält man, wenn ein Rahmenelement der Halte- vorrichtung, z. B. ein Schenkel, in ein Tragelement, z. B. eine Ausnehmung, an der Staueinheit bewegbar ist, da das Rahmenelement und die Staueinheit konstruktiv sehr einfach ausgeführt werden kann.
Ein gleichfalls einfaches und flexibles Halteelement ergibt sich, wenn an einem Element der Haltevorrichtung, z.B. ein Schenkel, ein dreh- und/oder verschiebbar gelagertes Verbindungsstück vorgesehen ist, das in eine Aufnahmeeinrichtung an der Staueinheit bewegbar ist und das mit der Staueinheit lösbar verbunden ist. Ein solches Halteelement ist wiederum konstruktiv sehr einfach umzusetzen und erlaubt durch die dreh- und/oder verschiebbar gelagerte Befestigung an der Haltevorrichtung eine äusserst grosse Flexibilität bei der Verbindung mit der Staueinheit.
Ganz besonders vorteilhaft ist die Ausführung der Lagerung der Haltevorrichtung an der Dammstruktur auf einer Druckplatte. Eine solche Lagerung kann nur reine Normalkräfte aufneh- men und in die Dammstrukturen einleiten und kann daher kleiner dimensioniert werden. Längskräf- te würden zu einem Verschieben des Auflagers auf der Druckplatte führen und sollten daher ir- gendwie abgeleitet werden, was günstiger Weise durch eine zweite symmetrisch angeordnete, gegengleich wirkende zweite Haltevorrichtung geschehen könnte, wodurch sich die Längskräfte einfach aufheben würden. Weiters erlaubt eine solche Druckplatte, aufgrund der seitlichen Ver- schiebbarkeit, eine gewisse seitliche Ausgleichsbewegung.
Je weiter die Lagerung der Haltevorrichtung im Bereich der Dammstrukturmitte angeordnet ist, umso grössere Kräfte können natürlich über die Dammstruktur übertragen werden, da sich der zur Verfügung stehende Querschnitt an der Dammstruktur vergrössert, wodurch an der Dammstruktur selbst keine besonderen verstärkenden Massnahmen erforderlich sind.
Ganz besonders vorteilhaft für die Haltevorrichtung ist es, wenn die Haltevorrichtung im We- sentlichen quer zur Strömungsrichtung des Mediums verschiebbar oder um eine im Wesentlichen zur Strömungsrichtung des Mediums parallele Achse schwenkbar gelagert ist. Damit kann die Haltevorrichtung mit sehr einfachen Mitteln in praktisch beliebige Positionen gebracht werden, wodurch der Haltevorgang sehr vereinfacht werden kann.
Sehr vorteilhaft ist die Lagerung bzw. die Haltevorrichtung selbst zum Ausgleichen von eventu- ellen Positionsungenauigkeiten der Staueinheit und/oder Haltevorrichtungen in der Halteposition ausgeführt, indem die Lagerung eine Ausgleichsbewegung zulässt oder an zumindest einem Element der Haltevorrichtung eine Ausgleichseinrichtung angeordnet wird.
Verbindungseinrichtungen zum Verbinden der Haltevorrichtung mit der Staueinheit vorzuse- hen, sodass die Staueinheit in unterschiedliche Haltepositionen gehoben bzw. gesenkt werden kann.
Weitere Vorteile und positive Effekte ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispieles.
Die gegenständliche Erfindung wird nun anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbei- spiels der Figuren 1 bis 2 beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 schematisch die Anordnung einer typischen Stauanlage,
Fig. 2 bis 6 jeweils eine Aufsicht einer erfindungsgemässen Haltevorrichtung in verschiedenen
Lagen und
Fig. 7 und 8 jeweils eine Draufsicht einer erfindungsgemässen Haltevorrichtung.
In Fig. 1 ist ein Wasserweg 4 gezeigt in dem quer zur Strömungsrichtung, angedeutet durch den Pfeil, eine Stauanlage 1 angeordnet ist. Diese Stauanlage 1 besteht im Wesentlichen aus ortfesten Dammstrukturen, hier Pfeilern 2, und zwischen den Pfeilern 2 befindliche Staueinheiten 3, die in Führungseinrichtungen 10 in den Pfeilern 2 geführt werden und zwischen den Pfeilern 2 mittels eines nicht dargestellten Kranes heb- bzw. senkbar sind. Die Staueinheiten 3 können dabei beliebig ausgeführt sein, wie z.B. als Schott, als Wehr oder aber auch als ein Turbinen-
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Generatormodul mit mehreren neben- und/oder übereinander angeordneten Turbinen- Generatoreinheiten zur Erzeugung von elektrischer Energie.
Die Staueinheiten 3 befinden sich normalerweise in ihrer vollständig abgesenkten Betriebsposition, d. h. sie werden am Grund der Stauanlage 2 von einem Teil der Stauanlage 2, z. B. einer Wehrkrone, selbst abgestützt. In gewis- sen Situationen, wie z.B. bei einem Hochwasser oder zu Wartungsarbeiten, müssen diese Stau- einheiten 3 jedoch aus ihrer Betriebsposition herausgehoben werden, insbesondere auch über den Oberwasserspiegel. Da in der Regel nur ein Kran zu Verfügung steht, ist eine Vorrichtung vorzuse- hen, mittels der die Staueinheiten 3 in einer gehobenen Halteposition ohne Kran selbsttätig gehal- ten werden können, um den Kran nicht unnötiger Weise zu blockieren. Eine erfindungsgemässe Haltevorrichtung 5 ist im Detail in Fig. 2 und 3 dargestellt.
Fig. 2 zeigt einen Teil einer Staueinheit 3, die über Führungsrollen 9 in einer Führungsnut 8 in einem Pfeiler 2 der Stauanlage 1 heb- und senkbar geführt wird. Diese Führungseinrichtung 10 ist natürlich an beiden Seiten der Staueinheit 3 vorgesehen. Die Staueinheit 3 befindet sich in Fig. 2 in einer Halteposition H, also in einer gegenüber einer Betriebsposition B angehobenen Lage, und wird von einer Haltevorrichtung 5 in dieser Position selbsttätig gehalten, wobei natürlich wiederum auch an der gegenüberliegenden Seite eine gleichwertige Haltevorrichtung 5 vorgesehen ist.
Die Haltevorrichtung 5 ist in diesem Beispiel mit zwei Schenkeln in Form einer L-förmigen Klin- ke rahmenartig ausgeführt, wobei die beiden Schenkel aufgrund der Ausgestaltung der Lagerung bzw. der Halteelemente 12 der Haltevorrichtung 5 nur Zug- bzw. Druckkräfte aufnehmen und übertragen können. In diesem speziellen Beispiel wäre der obere lange Schenkel der Druckstab und der kurze untere Schenkel der Zugstab. Um diese Funktion zu bewirken, ist die Haltevorrich- tung 5 in der Lagerung 6 drehbar gelagert. Die Lagerung 6 selbst ist auf einer Druckplatte 7 ange- ordnet, d. h. dass in den Pfeiler 2 über die Lagerung 6 und die Druckplatte 7 nur Normalkräfte, also in diesem Fall nur Druckkräfte, in den Pfeiler 2 übertragen werden können.
Da solche Pfeiler 2 in der Regel Betonkonstruktionen sind und Beton praktisch nur Druckkräfte aufnehmen kann, ist diese Ausgestaltung äusserst vorteilhaft. Die entstehenden Querkräfte heben sich durch die sym- metrische Anordnung der Haltevorrichtungen 5 an den gegenüberliegenden Seiten der Staueinhei- ten 3 auf, sodass die Staueinheit 3 seitlich nicht, oder nur unwesentlich verschoben wird. Die Druckplatte 7 kann dabei auch so ausgeführt werden, dass diese zur besseren Verbindbarkeit der Haltevorrichtung 5 mit der Staueinheit 3 quer zur Strömungsrichtung verschiebbar ist. Die Haltevor- richtung 5 könnte somit nicht nur rotatorisch, sondern auch quer zur Strömungsrichtung translato- risch bewegt werden, was die Flexibilität und Handhabbarkeit der Haltevorrichtung 5 wesentlich verbessern würde.
Die Lagerung 6 bzw. die Haltevorrichtung 5 befindet sich dabei in einer Nische 11des Pfeilers 2. Je nach Ausführung der Nische 11bzw. Bedarf kann die Haltevorrichtung 5 auch ganz oder teilweise in die Nische 11geschwenkt bzw. verschoben werden.
An den beiden Enden der Schenkel sind jeweils Halteelemente 12 vorgesehen, mit denen die Halteeinrichtung 5 mit der Staueineinheit 3 verbunden werden kann. Für den oberen langen Schenkel ist in diesem Beispiel an der Staueinheit 3 eine Ausnehmung 13 vorgesehen, in die das Ende des Schenkels einrasten kann.
Am Ende des kurzen Schenkels der Haltevorrichtung 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Bolzen 15 befestigt. Dieser Bolzen 15 ist ebenfalls durch ein Langloch 17 eines Verbindungsstü- ckes 14 gesteckt. Das Verbindungsstück 14 ist somit um den Bolzen 15 frei drehbar und entlang des Langloches 17 frei verschiebbar. Zur Verbindung der Haltevorrichtung 5 mit der Staueinheit 3 über den kurzen Schenkel der Haltevorrichtung 5 wird das Langloch 17 mit einer Bohrung 16 an der Staueinheit 3 zur Deckung gebracht und beispielsweise ein Verbindungsbolzen durchgesteckt, wodurch die Verbindung hergestellt ist und nur mehr reine Zugkräfte über den kurzen Schenkel übertragen werden.
Ein beispielhafter Verbindungsvorgang wird nun anhand der Figuren 2 bis 6 beschrieben. In Fig. 2 ist die Ausgangsposition dargestellt, d. h. die Haltevorrichtung 5 ist zurückgeklappt und das Verbindungsstück 14 in einer Ruheposition. In Fig. 3 wurde das Verbindungsstück 14 in eine im Wesentlichen horizontale Lage heruntergeklappt. Die Staueinheit 3 befindet sich dabei bereits in einer geeigneten Halteposition H. In Fig. 4 wird das Verbindungsstück 14 entlang des Langloches 17 in Richtung der Staueinheit 3 verschoben und fährt dort in eine passende Aufnahmeeinrichtung 18 ein. Bei Überdeckung des Langloches 17 und einer zugehörigen Bohrung 16 in der Staueinheit
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wird ein Bolzen 19, oder ein gleichwertiger Bauteil, durchgesteckt und befestigt.
Nun wird, wie in Fig. 5 dargestellt, die Haltevorrichtung 5 in Richtung der Staueinheit 3 verschwenkt bis das Ende des langen Schenkels der Haltevorrichtung 5 in der zugehörigen Ausnehmung 13 der Staueinheit 3 zu liegen kommt. Dadurch verdreht sich das Verbindungsstück 14 etwas, was durch die Art der Verbindung, Bolzen 15,19 und Bohrung 16 bzw. Langloch 17, problemlos möglich ist. Daraufhin wird die Staueinheit 3 etwas abgesenkt, bis die Staueinheit 3 durch den langen Schenkel in der Ausnehmung 13 abgestützt wird, siehe Fig. 6. Das Verbindungsstück 14 wird dadurch weiter verdreht und erreicht hier eine ungefähr waagrechte Endposition, in der über die Schenkel der Haltevorrichtung 5 nur mehr Druck- oder Zugkräfte übertragen werden, da beide Halteelemente 12 aus konstruktiven Gründen keine Momente übertragen können.
Das Lösen der Haltevorrichtung 5 von der Staueinheit 3 läuft im Wesentlichen umgekehrt ab und wird hier nicht mehr im Detail be- schrieben.
Es ist selbstverständlich, im Rahmen der Erfindung beliebige andere, hier nicht explizit be- schriebene, geeignete Halteelemente 12, Verbindungsstücke 14 und dazu passende Verbindungs- abläufe vorzusehen.
In Fig. 7 ist das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 5 in der Draufsicht dargestellt. In diesem Beispiel sind zu jeder Seite der Staueinheit 3 jeweils zwei Haltevorrichtungen 5 angeordnet, die beide gleichzeitig die Staueinheit 3 in der Halteposition H halten. Eventuell auftretende Kippmo- mente werden dadurch von den Haltevorrichtungen 5 aufgenommen, wodurch die Führungsein- richtungen 10 unbelastet bleiben. Ausserdem können die Haltevorrichtungen 5 kleiner dimensioniert werden, da die aufzunehmenden Kräfte natürlich halbiert werden.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit. In diesem Beispiel ist jeweils nur eine Halte- vorrichtung 5 pro Seite vorgesehen. In dieser Ansicht kommt besonders deutlich die versetzte Lage der Schwenk- bzw. Schiebeebene S der Haltevorrichtung 5 hervor, die gegenüber der Führungs- ebene F, die im Wesentlichen durch die Lage der Führungseinrichtung 10, hier Führungsrollen 9 und eine Führungsnut 8, definiert ist, versetzt angeordnet ist. Am Besten wird die Schwenk- bzw.
Schiebeebene S der Haltevorrichtung 5 so gelegt, dass sie durch den Schwerpunkt SP der Stau- einheit 3 verläuft, da dann keinerlei Kippmomente an der Staueinheit 3 auftreten, die in der Halte- position H von den Führungseinrichtungen 10 aufgenommen werden müssten. Ausserdem hat diese versetzte Anordnung den Vorteil, dass sich die Haltevorrichtung 5 und die Führungseinrich- tungen 10 während des Hebens bzw. Senkens gegenseitig nicht behindern.
Im folgenden wird nun die Funktion der Haltevorrichtung 5 umrissen: Die Staueinheit 3 befindet sich in der Ausgangsposition in ihrer Betriebsposition B zwischen zwei Pfeilern 2 einer Stauanlage 1. Aufgrund bestimmter Umstände, wie z. B. ein Hochwasser oder zu Wartungszwecke, soll die Staueinheit 3 in eine gehobene Position, vorzugsweise eine Position in der sich die Staueinheit 3 über dem Oberwasserspiegel befindet, gebracht werden. Dazu wird eine Hebeeinrichtung über geeignete Einrichtungen mit der Staueinheit 3 verbunden und mit dieser in die ungefähre Halteposition H angehoben. In dieser Halteposition H werden beispielsweise zwei Haltevorrichtungen 5, je eine pro Seite der Staueinheit 3, in Richtung der Staueinheit 3 verschoben und/oder verschwenkt und mittels Halteelementen 12 mit dieser lösbar verbunden.
Die Haltevor- richtungen 5 sind dabei so ausgeführt, dass gewisse Positionsungenauigkeiten automatisch aus- geglichen werden können, z. B. könnten die Schenkel der Haltevorrichtungen 5 selbst, die Lage- rung der Haltevorrichtungen 5 oder aber auch die Verbindungsstücke 14 gewisse Ausgleichsbe- wegungen zulassen. Nachdem die lösbare Verbindungen hergestellt wurden, wird die Hebevorrich- tung von der Staueinheit 3 gelöst und die Staueinheit 3 selbsttätig von den Haltevorrichtungen 5 in der Halteposition H gehalten. Zum Absenken der Staueinheit 3 von der Halteposition H in die Betriebsposition B sind im Wesentlichen die selben Arbeitsschritte in umgekehrter Reihenfolge erforderlich.
Falls an der Staueinheit 3 mehrere Halteelemente 12 vorgesehen werden, ist es natürlich auch möglich, die Staueinheit 3 je nach Bedarf in unterschiedlichen Haltepositionen H zu bringen, wobei der Ablauf im Wesentlichen gleich wie oben beschrieben abläuft.
Gleichfalls wäre es auch denkbar, als Hebevorrichtungen, an Stelle eines Kranes auch in die Staueinheiten 3 bzw. in die Dammstrukturen integrierte pneumatische oder hydraulische Hebean- triebe einzusetzen, wobei die grundsätzliche Funktion der Haltevorrichtungen 5 natürlich die selbe bleiben würde.