CH657461A5

CH657461A5 - Schwimmergesteuerte regelvorrichtung zur veraenderung des querschnittes eines rohres.

Info

Publication number: CH657461A5
Application number: CH133382A
Authority: CH
Inventors: Walter Nill; Werner Robert Nill
Original assignee: Nill Werner
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1986-08-29
Also published as: ATA61983A; DE3305226A1; AT384898B; DE3305226C2; FR2522771B1; FR2522771A1

Description

Die Erfindung betrifft eine schwimmergesteuerte Regelvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Regen- und Klärbecken sind mit im Bodenbereich ange-15 ordneten Abflussrohren versehen, die in eine Kläranlage führen. Während niederschlagsfreien Perioden strömt das Schmutzwasser von einer Eingangsleitung in das Becken und von da direkt durch das Abflussrohr in die Kläranlage. Die Kläranlagen sind so ausgelegt, dass sie auch noch ei-20 nen Anteil des Meteorwassers aufnehmen können, das bei Regen anfällt. Bei Hochwasser hingegen übersteigt die Kapazität der Kläranlage den Meteorwasseranfall. Das Wasserniveau im Becken steigt bis auf die Höhe eines im Becken angeordneten Überlaufes und ein Teil des Wassers fliesst 25 dann unter Umgehung der Kläranlage direkt in einen Bach oder einen Fluss.

Die aus dem Abflussrohr in die Kläranlage strömende Wassermenge ist gegeben durch den Rohrquerschnitt und das jeweilige Wasserniveau im Becken. Der Rohrquerschnitt 30 muss so gewählt werden, dass bei höchstem Wasserstand (entsprechend dem Überlaufniveau) gerade die maximale Wassermenge austritt, für welche die Kläranlage ausgelegt ist. Dies bringt verschiedene Nachteile mit sich. Der Zufluss zur Kläranlage ist nicht konstant und diese ist daher nicht 35 gleichmässig ausgelastet. Der Rohrquerschnitt ist — in Anpassung an das Überlaufniveau — relativ klein und kann sich leicht verstopfen. Der kleine Querschnitt wirkt sich insbesondere bei leerem Becken nachteilig aus, wenn nur das Schmutzwasser durchströmt.

40 Die Erfindung stellt sich nun zur Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen. Es soll ein regulierbarer Abfluss aus dem Flüssigkeitsbecken geschaffen werden, derart, dass der Querschnitt des Rohres in Funktion des Wasserniveaus automatisch variiert werden kann. Insbesondere soll es durch 45 die Erfindung möglich sein, die Durchflussmenge pro Zeiteinheit bei unterschiedlichem Flüssigkeitsniveau konstant zu halten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch die Merkmale, die in der Kennzeichnung des Patent-50 anspruches 1 definiert sind.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ansicht auf die Vorrichtung zur Verstellung des Durchflussquerschnittes eines Rohres, 55 Fig. 2 einen Querschnitt durch die an der Beckenwand montierte Vorrichtung gemäss Fig. 1,

Fig. 3 die Geometrie der Regelvorrichtung bei negativer Exzentrizität,

Fig. 4 die Geometrie der Regelvorrichtung bei positiver 60 Exzentrizität,

Fig. 5 ein Diagramm «A» mit hydraulischen Durchflusskurven,

Fig. 6 ein Diagramm «B» mit aus der Geometrie der Regelvorrichtung entstandenen Schliesskurven,

65 Fig. 7 die aufeinander gelegten Diagramme «A» und «B» gemäss den Fig. 5 und 6,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 9 ein als Segment ausgebildetes Verschlussorgan,

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Fig. 10 eine perspektivische Ansicht auf ein Detail der Regelvorrichtung, und

Fig. 11 den Rahmen mit dem Schieber im Detail.

Im Bodenbereich der Wand 1 eines Klärbeckens ist eine Durchflussöffnung 2 angeordnet, deren Öffnungsquerschnitt mittels eines Schiebers 3 variiert werden kann. Der Schieber 3 ist in zwei vertikalen seitlichen Führungen 5 eines Rahmens 4 zwischen einer unteren und einer oberen Endstellung 21,22 höhenverstellbar gelagert. In der Fig. 1 ist der Schieber 3 in der unteren Lage eingezeichnet und die obere Lage ist gestrichelt angedeutet.

Zur Verstellung des Schiebers 3 ist ein Kurbelmechanismus vorgesehen. Dieser weist eine teleskopartig verlängerbare und mittels einer Manschette 6 in der Länge fixierbare Kurbelstange 7 auf, deren unteres Ende gelenkig (Gelenk 8) mit einem am Schieber 3 angeordneten Zapfen 9 verbunden ist.

Das obere Ende der Kurbelstange 7 ist über ein Kugelgelenk 10 mit einem Kurbelarm 11 verbunden und mit der weiteren Manschette 6 in der Länge fixierbar. Da die Längen und/oder die Angriffspunkte der Kurbelstange 7 bzw. des Kurbelarmes 11 variierbar sind, können die entsprechenden Hebelarme a, b beliebig eingestellt werden. Die Ausbildung der Manschette 6 erlaubt, den Mittelpunkt 10 bis auf die Achse 12 und darüberhinaus zu stellen.

Das innere Ende der Kurbelstange 11 ist àn einer horizontalen Achse 12 befestigt, welche in einem Lagerblock 13 untergebracht ist. Dieser Lagerblock 13 ist in zwei horizontalen Führungen 14 des Rahmens 4 querverschiebbar angeordnet, derart, dass die Exzentrizität e variiert werden kann.

Die Exzentrizität e ist wie folgt definiert: Eine Senkrechte durch den Schieberzapfen 9 bzw. den Angriffspunkt 8 der Kurbelstange 7 sei mit 15 bezeichnet. Eine weitere Senkrechte, die durch die Schwenkachse 12 geht, trage die Referenznummer 16. Der Abstand dieser beiden, in der Ebene des Rahmens 4 liegenden Senkrechten 15,16 voneinander ist dann die Exzentrizität e.

Die Achse 12 durchdringt eine oberhalb der Abflussöffnung 2 angeordnete Ausnehmung 17 in der Wand 1 und führt in das Beckeninnere. Die Durchführung ist in nicht näher dargestellter Weise abgedichtet.

Im Innern des Beckens ist ein Schwimmer 18 vorgesehen, der am äusseren Ende einer parallel zur Beckenwand verschwenkbaren Schwimmerstange 19 verschiebbar und feststellbar angeordnet ist. Das innere Ende 20 der Schwimmerstange 19 ist lösbar an der Achse 12 fixiert, derart, dass der Winkel a zwischen der Schwimmerstange 19 und dem Kurbelarm 11 eingestellt werden kann.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, wird bei einer Veränderung des Wasserniveaus H mittels des Schwimmers 18 und des Kurbelmechanismus der Schieber 3 in der Höhe verstellt.

Gemäss der Fig. 1 befindet sich der Schieber beim oberen Wasserniveau H2 in einer unteren, teilweise geschlossenen Stellung und beim unteren Wasserniveau H, in einer oberen, offenen Stellung, wobei er um die Höhe Ahs angehoben wor-5 den ist.

Die Kinematik des Regelmechanismus lässt sich beliebig variieren, um insbesondere eine gewünschte konstante Durchflussmenge innerhalb eines bestimmten Niveaubereichs AH in Abhängigkeit vom sich ändernden Wasserni-lo veau H einzustellen. Dazu müssen folgende Parameter eingestellt werden: Die Lage des Schwimmers 18 auf der Schwimmerstange 19, der Winkel a, die Länge des Kurbelarmes 11 und der Kurbelstange 17, die Exzentrizität e, der Abstand k.

Die Kinematik der Regelvorrichtung geht aus den Fig. 3 15 und 4 hervor, wobei gemäss der Fig. 3 der zwischen den Anschlägen 21,22 verstellbare Schieber 3 zur Regelung der Durchflussöffnung 2 dient. In der Fig. 3 ist die Exzentrizität e negativ, währenddem sie bei der Fig. 4 positiv ist.

Um nun die Regelvorrichtung so einzustellen, dass die 20 Durchflussmenge im wesentlichen konstant ist, unabhängig vom Wasserniveau, wird wie folgt vorgegangen:

Zuerst werden die hydraulischen Diagramme «A» (Fig. 5) berechnet. Die mit vi, v2, v3 angegebenen Linien sind Kurven konstanten Wasserdurchflusses (Menge pro Zeitein-25 heit) bei gegebenem Rohrquerschnitt, in Funktion des Wasserniveaus H im Becken und in Funktion der Schieberhöhe hs ab Unterkante des Rohres. Zweckmässigerweise werden für verschiedene Rohre entsprechende Diagramme «A» mit den zugehörigen hydraulischen Kurvenscharen v1; v2, v3 aus-30 gewertet und auf Transparentpapier aufgezeichnet.

Anschliessend werden die Diagramme «B» berechnet und aufgezeichnet. In diesen Diagrammen ist wieder die Ordinate die Schieberhöhe hs und die Abszisse das Wasserniveau H im Becken. Je nach der gewählten Exzentrizität e, der Hebellän-35 gen a, b, 1 und des Schwenkwinkels a, usw. wirken sich die durch den Schwimmer auf die Regelvorrichtung übertragenen Bewegungen unterschiedlich auf den Schieber 3 aus. Die in Abhängigkeit der Kinematik der Regelvorrichtung berechneten Schliesskurven Si, s2, s3 werden in das Diagramm 40 «B» eingezeichnet, wobei für verschiedene Exzentrizitäten e und für verschiedene Rohrdurchmesser solche Kurvenscharen entstehen. In den Diagrammen «B» entspricht der rechte Kurvenast einer negativen Exzentrizität e und der linke Kurvenast einer positiven Exzentrizität e.

45 Generell bestehen die Schliesskurvenausschnitte aus einer sinusähnlichen kinematischen Kurve für den Gelenkhebelmechanismus (im allgemeinen Fall für ein Gelenkvieleck, im speziellen Fall für ein Schubkurbeltrieb). Wenn mit (p der Drehwinkel zwischen der Kurbelstange 7 und dem Kurbeiso arm 11 bezeichnet wird, ergeben sich folgende Zusammenhänge (siehe Fig. 3 und 4):

= a

♦V

b2 -

Ahs (f) - h0 - hs

= a • cos

9 + ~Vb^ - (a * sin - e) ^

In Worten: Die Schieberhöhenverstellung Ahs in Abhängigkeit eines beliebigen Drehwinkels cp kann ausgedrückt werden als Funktion der Kurbelarmlänge a, der Kurbelstangenlänge b, der Exzentrizität e und des Drehwinkels (p.

Damit die beiden Diagramme «A» und «B» miteinander in Verbindung gebracht werden können, muss noch eineBeziehung zwischen dem Wasserstandunterschied AH = H2-Hi und dem Drehwinkel cp gefunden werden. Der Drehes winkel (pi entspricht dem Wasserniveau H, und der Drehwinkel (p2 dem Wasserniveau H2. Mit cp2' sei der Winkel zwischen der Senkrechten 16 und dem Schwimmerarm 19 bei höchstem Wasserniveau H2 bezeichnet. Der Abstand zwi-

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sehen der Schwenkachse 12 und dem Zapfen 9 ist mit k bezeichnet. Dann gilt:

H (cp) = 1 • cos (q>i' + <p) + k

Die einem bestimmten Rohrquerschnitt entsprechenden hydraulischen Diagramme «A» werden nun auf die Schliess-diagramme «B» gelegt. Meist müssen verschiedene Diagramme ausgewählt werden, um eine optimale Deckung zu finden. Das Schliesskurvenstück, welches innerhalb des gewählten Regelbereiches auf das hydraulische Kurvenstück für den gewünschten Ausfluss pro Sekunde am besten passt,

wird nun markiert. Dieses Schliesskurvenstück entspricht bestimmten Parametern für die Hebellängen, Hebelstellung und die Exzentrizität, die nun an der Regelvorrichtung eingestellt werden, um den konstanten Durchfluss zu gewährleisten bei unterschiedlichem Wasserniveau.

In Fig. 8 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Regelvorrichtung vollständig im Inneren des Beckens angeordnet ist. Es wird gezeigt, wie durch Variierung der Länge 1 der Schwimmerstange 19 der maximale Schwenkbereich ß vergrössert oder verkleinert werden kann. Die einstellbare und drehfest fixierbare Verbindung zwischen der Schwimmerstange 19 und dem Kurbelarm 11 erfolgt mittels einer Lochscheibe 23 und Stiften 24. Damit die Strömung nicht abreisst und Wirbel erzeugt, kann an der Unterkante des Schiebers 3 eine gegen die Strömung gerichtete, strömungsleitende Nase 26 angeordnet sein. Dadurch wird auch verhindert, dass Fäden, Lumpen, längliche Schmutzstoffe um die Unterkante gewickelt werden.

Bei der Fig. 9 ist statt des Schiebers 3 ein Segmentver-schluss 25 vorgesehen, der verschwenkbar am Ende von zwei Lagerböcken 30 gelagert ist. Das Ende der Kurbelstange 7 greift in den Segmentverschluss 25 ein, um diesen zu verschwenken. Der Schwenkbereich ist wieder durch zwei Anschläge 21,22 begrenzt. Das Segment wird vorteilhafterweise als geschlossener Körper ausgeführt.

Aus den perspektivischen Detailansichten der Fig. 10 und 11 gehen weitere Einzelheiten der Regelvorrichtung hervor. Es wird gezeigt, wie die beiden Anschläge 21,22 verstellbar am Rahmen 4 befestigt sind und mit einem Vorsprung 27 zusammenwirken, der am Schieber 3 angeordnet ist (Fig. 11).

Gemäss der Fig. 10 ist ersichtlich, wie die Kurbelstange 7 mittels des Kugelgelenkes 10 mit dem Kurbelarm 11 verbunden ist und wie der letztere und die Schwimmerstange 19 mittels Manschetten 28 auf der Achse 12 befestigt sind. Der Schwimmer 18 ist durch eine Halterung 29 auf der Schwimmerstange 19 verschiebbar angeordnet.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

657 461 PATENTANSPRÜCHE

1. Schwimmergesteuerte Regelvorrichtung zur Veränderung des Durchflussquerschnittes eines Abflussrohres eines Flüssigkeitsbeckens in Funktion des Flüssigkeitsniveaus, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (18) auf einer Schwimmerstange (19) sitzt, welche Teil einer mehrfach verstellbaren Gelenkhebeleinrichtung (7,11,19) ist, und dass diese Einrichtung auf ein in den Rohrquerschnitt verstellbar hineinragendes Drosselorgan (3,25) einwirkt, um dessen Lage in Funktion der Bewegungen des Schwimmers (18) zu verändern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (18) verschiebbar und feststellbar auf der Schwimmerstange (19) gelagert ist, dass die letztere und ein mit ihr verbundener Kurbelarm (11) um eine Schwenkachse (12) verschwenkbar angeordnet sind, wobei die Schwimmerstange (19) und der Kurbelarm (11) miteinander einen Winkel (a) einschliessen, und dass die Verbindung zwischen der Kurbelstange (11) und dem Schwimmerarm (19) lösbar und drehfest fixierbar ist zwecks Änderung des Winkels (a).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarm (11) gelenkig mit einer Kurbelstange (7) verbunden ist, deren freies Ende (8) gelenkig in einen am Drosselorgan (5) angeordneten Zapfen (9) eingreift, und dass die Längen (a, b) des Kurbelarmes (11) bzw. der Kurbelstange (7) variierbar sind zwecks Änderung des entsprechenden Hebelverhältnisses (a : b).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine an der Beckenwandung (1) im Bereich der Rohröffnung (2) angeordnete Halterung (4) aufweist, an welcher das Drosselorgan (3) beweglich gelagert ist, und dass die Schwenkachse (12) in einem Lagerblock (13) sitzt, welcher verschiebbar und feststellbar in der Halterung (4) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen einer Senkrechten (15) durch den Zapfen (9) und einer Senkrechten (16) durch die Schwenkachse (12) gemessene und als Exzentrizität (e) definierte Abstand variierbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan ein vertikal beweglicher, in zwei seitlichen Führungen (5) des Rahmens (4) gelagerter Schieber (3) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterkante des Schiebers (3) eine gegen die Strömung gerichtete Nase (26) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan ein verschwenkbares, als geschlossener Körper ausgebildetes Segment (25) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkhebeleinrichtung aussen oder innen im Becken angeordnet ist und die Achse (12) wasserdicht durch die Beckenwand geführt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan (3,25) zwischen zwei verstellbaren Anschlägen (21,22) beweglich angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (18) in einem mit dem Becken in kommunizierender Verbindung stehenden Behälter untergebracht ist.

12. Verfahren zum Betrieb der Regelvorrichtung gemäss dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für einen bestimmten Rohrquerschnitt Diagramme (A) mit Scha-_ ren von Kurven (vi, V2, V3...) konstanten Wasserdurchflusses erstellt werden, dass weitere Diagramme (B) mit Scharen von Schliesskurven (si, s2, s3...) erstellt werden, welche von der Kinematik der Regelvorrichtung abhängig sind, dass die

Diagramme (A, B) aufeinander gelegt werden, um ein Schliesskurvenstück (s) zu finden, welches auf ein Durch-flusskurvenstück (v) für den gewünschten Durchfluss pro Sekunde passt, und dass die diesem Schliesskurvenstück (s) zu-s geordneten Einstellwerte (1, a, b, a, e) an der Regelvorrichtung eingestellt werden.