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Die
Erfindung geht aus von einem Regenentlastungsbauwerk mit einer Überlaufschwelle
und einer Tauchwand.
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Regenentlastungsbauwerke
dienen dazu, eine Möglichkeit zu schaffen, dass Abwasser
aus Kanalisationen bei starkem oder lang anhaltendem Regen in natürliche
Gewässer übertreten kann, wenn es die Kläranlage
nicht verarbeiten kann. Sobald das Wasser eine Höhe in
dem Regenentlastungsbauwerk erreicht, die der Überlaufkante
der Überlaufschwelle entspricht, tritt das Wasser aus dem
Regenentlastungsbauwerk aus. Damit in dem Abwasser mitgeführte
Schwimmstoffe nicht mit in natürliche Gewässer übertreten
können, sind vor den Überlaufschwellen Tauchwände
vorgesehen.
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Im
Arbeitsblatt A111 der abwassertechnischen Vereinigung e. V. ist
ein Vorschlag für die Ausbildung eines Überlaufwehrs
mit Tauchwand für Regenüberläufe gezeigt.
Die Tauchwand und das Wehr sind scharfkantig ausgeführt.
Damit sich der Fließwiderstand der Tauchwand nicht schädlich
auf den Rückstau im Kanal auswirkt, wird ein Mindestabstand von
30 cm oder dem Zweifachen der Überfallhöhe empfohlen.
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Diese
Art der Kombination aus Tauchwand und Überfallkante entwickelt
eine hohe Saugwirkung, die nach unten gerichtet ist. Darüber
hinaus ist in Regenentlastungsbauwerken häufig nicht genügend Platz
vorhanden, um eine derartige Anordnung nachzurüsten.
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Bei
einer Kanalisationsanlage für Regen- oder Mischwasser ist
es bekannt, parallel zu einer Überlaufschwelle eine Tauchwand
anzuordnen, die mehrere bezüglich der waagrechten Überlaufströmung
aufwärts geneigte Lamellen mit Abständen übereinander
in einer vor der Überlaufschwelle angeordneten Baugruppe
vereinigt (
DE 19618300 ).
Dabei enthält jede Lamelle eine eigene Überlaufkante,
so dass zwischen je zwei Lamellen ein eigener Überlaufkanal
gebildet wird. Die Eingangsöffnungen der Kanäle
liegen in einer vertikalen Ebene. Durch den schmalen Eintrittsquerschnitt
entstehen hohe Fließgeschwindigkeiten, die sowohl Fließverluste
als auch eine Sogwirkung auf schwebende wie auch auf bodennah transportierte
Partikel entwickeln. Die Einlaufkanten wirken dabei wie ein Rechen,
in dem sich Toilettenpapier und Ähnliches verfangen kann,
was durch Handarbeit wieder entfernt werden muss.
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Weiterhin
bekannt ist ein Messwehr zur Ermittlung einer Abflussmenge (
DE 1022119 ), bei dem vor
einer Überlaufschwelle eine Tauchwand angeordnet ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit
zu schaffen, eine hydraulisch leistungsfähige Kombination
aus Tauchwand und Überfallwehr zu schaffen, die Schwimm-
und Schwebstoffe und sonstige Verunreinigungen, insbesondere bodennah
transportierte Verunreinigungen, zurückhält.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein
Regenentlastungsbauwerk beziehungsweise eine Kombination aus Tauchwand
und Über laufschwelle mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen
vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Nach
der Erfindung wird also in dem Regenentlastungsbauwerk eine Abströmöffnung
in Form eines Entlastungsschlitzes gebildet, deren Öffnung
in einer vertikalen Ebene liegt. In Strömungsrichtung hinter
der Abströmöffnung ist eine Strömungsführung bis
zur Überfallkante gebildet, die in der Höhe nicht unterteilt
ist.
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Dadurch,
dass der sich an die Abströmöffnung anschließende
Teil der Strömungsführung nicht unterteilt ist,
werden hohe Fließgeschwindigkeiten vermieden. Da die Abströmöffnung
in einer vertikalen Ebene liegt, entsteht ein horizontaler Sog,
also kein Sog, der auf den Boden des Kanals gerichtet ist und die
Gefahr mit sich bringen könnte, dass dort liegende oder
mit der Strömung mittransportierte Verunreinigungen hochgesaugt
werden. Denn an der Sohle des Kanals bewegen sich mit den mineralischen
Stoffen große Mengen organischer Stoffe (Aufsatz von Christine
Wöhrle und Hansjörg Brombach: Probenahme im Abwasserkanal,
Wasserwirtschaft, 81. Jahrgang, Heft 2/91, S. 60 bis 65).
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Während
der Strömung in dem Kanal mitgeführte Schweb-
und Schwimmstoffe, die im Regenentlastungsbauwerk nach oben gelangen,
können dabei nicht hinter die Tauchwand gelangen, da diese nicht
nach innen gegenüber der Vorderkante der Überlaufschwelle
vorspringt.
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Es
wird auf diese Weise sowohl das Aufsammeln von Schweb- und Schwimmstoffen,
die in der Strömung mitgeführt werden, als auch
das Aufwirbeln von am Boden liegenden Verunreinigungen als auch
die Verstopfung von Abströmöffnungen vermieden.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich an die
Abströmöffnung ein in der Höhe nicht
unterteilter Kanal anschließt. Unter Kanal ist dabei eine
Wasserführung zu verstehen, die an die Strömung
angepasst ist.
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Insbesondere
kann dabei vorgesehen sein, dass der Kanal einen konstanten Querschnitt
aufweist, so dass auch hier dafür gesorgt wird, dass keine
zu hohen Fließgeschwindigkeiten auftreten.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kanal
eine konkav gekrümmte Rückwand aufweist, also
eine strömungsgünstige Rückwand, die
das Abfließen des Wassers ohne Störungen begünstigt.
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In
nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass
die Unterkante der Tauchwand und/oder die Vorderkante der Überlaufschwelle
abgerundet ausgebildet ist/sind. Es hat sich herausgestellt, dass
sich bei scharfkantigen Begrenzungen der Abströmöffnung,
insbesondere ihrer Oberkante, die von der Unterkante der Tauchwand gebildet
ist, vagabundierende Sekundärwirbel herausbilden. Diese
Sekundärwirbel saugen Schwimmstoffe sogar von der Oberfläche
herab in die Abströmöffnung und daher hinter die
Tauchwand.
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Als
eine besonders günstige Form der Abrundung der Unterkante
der Tauchwand hat sich eine Tropfenform herausgebildet. Diese Tropfenform
hat zur Wirkung, dass die Abrundung sowohl in Strömungsrichtung
vor der Öffnung als auch in Strömungsrichtung
hinter der Öffnung gegeben ist.
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Als
besonders günstige Form der Abrundung der Vorderkante der Überlaufschwelle
hat sich eine Bogenform herausgestellt.
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Als
besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn die
Unterkante der Tauchwand und die Vorderkante der Überlaufschwelle
zumindest angenähert symmetrisch zueinander ausgebildet
sind, insbesondere gleichen Krümmungsradius aufweisen.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann ebenfalls vorgesehen sein, dass
auch die Überlaufkante der Überlaufschwelle abgerundet
verläuft.
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Erfindungsgemäß kann
in Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Vorderkante der Überlaufschwelle
im Wesentlichen bündig mit der Vorderseite der Bauwerkschwelle
verläuft. Bei der Bauwerkschwelle handelt es sich üblicherweise
um ein aus Beton oder Mauerwerk bestehendes Bauelement.
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Es
ist aber ebenfalls möglich und liegt im Rahmen der Erfindung,
dass die Vorderkante der Überlaufschwelle gegenüber
der Vorderseite der Bauwerkschwelle in das Innere des Regenentlastungsbauwerks
vorspringt.
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Erfindungsgemäß kann
vorgesehen sein, dass die Überlaufkante der Überlaufschwelle
an einem Tragflächenprofil ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass
oben auf der Überlaufschwelle ein Profil vorhanden ist,
das die Form eines Tragflächenprofils aufweist.
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Auch
um die von der Erfindung vorgeschlagene Kombination aus Überlaufschwelle
und Tauchwand auch bei vorhandenen Regenentlastungsbauwerken nachträglich
anbringen zu können, kann erfindungsgemäß in
Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Tauchwand von einem aus
Blech bestehenden Bauteil gebildet ist. Dieses Bauteil kann mithilfe üblicher
Anbringungsmöglichkeiten nachträglich angebracht
werden.
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Mithilfe
eines solchen Bauteils lässt sich insbesondere die Tropfenform
der Unterkante besonders günstig und einfach herstellen.
Oberhalb der tropfenförmig ausgebildeten Unterkante kann
die Tauchwand insbeson dere eben ausgebildet sein, wobei sie zur
Verstärkung und Versteifung längs ihres oberen
Randes ein Winkelprofil aufweisen kann. Dieses Winkelprofil kann
sowohl in Richtung der Einströmseite als auch in Richtung
der Abströmseite abgewinkelt sein.
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Es
ist ebenfalls möglich, die Tauchwand in dem Bereich oberhalb
der Überlaufkante der Überlaufschwelle so auszubilden,
dass sie in Richtung zur Überlaufkante konkav gewölbt
ist.
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Erfindungsgemäß kann
ebenfalls vorgesehen sein, dass die Vorderkante der Überlaufschwelle an
einem aus Blech bestehenden Bauteil ausgebildet ist, das an dem
Mauerwerk des Regenentlastungsbauwerks angebracht werden kann. Das
gleiche gilt auch für die Überlaufkante der Überlaufschwelle,
wobei insbesondere sowohl die Vorderkante als auch die Überlaufkante
der Überlaufschwelle an einem gemeinsamen aus Blech bestehenden
Bauteil ausgebildet sind, das insgesamt auf das Mauerwerk aufgesetzt
und dort befestigt ist.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben
sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren
beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht
wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
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1 einen
schematischen Querschnitt durch ein Regenentlastungsbauwerk;
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2 vereinfacht
eine der 1 entsprechende Darstellung
bei einer geänderten Ausführungsform;
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3 die
Kombination aus Tauchwand und Überlaufschwelle bei einer
geänderten Ausführungsform;
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4 eine
den vorherigen Figuren entsprechende Darstellung bei einer nochmals
weiteren Ausführungsform.
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Die 1 zeigt
einen Querschnitt durch ein Regenentlastungsbauwerk. In das Regenentlastungsbauwerk
mündet ein Kanal 1, der durch ein Zulaufrohr 2 gebildet
ist. Dieses Zulaufrohr 2 liegt bündig mit der
Sohle 3 des Regenentlastungsbauwerks. Seitlich zu der Richtung
des Kanals 1 ist eine aus Beton bestehende Überlaufschwelle 4 gebildet,
an deren Außenseite mehrere vertikal verlaufende Träger 5 angebracht
sind. Auf die Oberseite 6 ist ein Blechbauteil 7 aufgesetzt,
das geschwungen verläuft. Das Blechbauteil 7 bildet
auf der in das Innere des Regenentlastungsbauwerks gerichteten Seite
eine Vorderkante 8 der Überlaufschwelle 4 und
an seiner höchsten Stelle eine Überlaufkante 9 der Überlaufschwelle 4.
Zwischen diesen beiden Kanten verläuft das Blechbauteil 7 bogenförmig
geschwungen. Dies bedeutet, dass auf der in das Innere des Regenentlastungsbauwerks
gebildeten Seite, in 1 also nach links, die Innenseite
immer abfällt. Die Befestigung des Blechbauteils kann mithilfe
von Schrauben und Dübeln unterhalb der Vorderkante 8 und
mithilfe von Schrauben und Muttern im Bereich der oberen Enden der
Träger 5 geschehen. Damit ist die Innenseite des Blechbauteils 7 über
die gesamte Länge frei von Störungen. Hinter der Überlaufkante 9 ist
das Blechbauteil 7 wieder nach unten abgebogen. Die Überlaufkante 9 selbst
ist gekrümmt ausgebildet, ebenso wie die Vorderkante 8.
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An
einer Decke 10 des Regenentlastungsbauwerks ist mithilfe
von Trägern eine Tauchwand 12 befestigt. Die Tauchwand 12 ist
aus einem einstückigen Blechbauteil 13 gebildet,
das sich als Profil senkrecht zur Zeichnungsebene mit konstantem
Querschnitt erstreckt. Im Querschnitt enthält das Blechbauteil 13 einen
mittleren ebenen Abschnitt, der im unteren Bereich nach hinten zur
Bildung einer Tropfenform umgebogen ist. Das ehemals untere Ende des
Blechbauteils 13 ist damit hoch gebogen und liegt bei 14 an
der Rückseite des Blechbauteils 13 an. Im oberen
Bereich enthält das Blechbauteil 13 zu Aussteifung
eine Abwinklung 15 nach vorne, und zwar an einer Stelle,
die oberhalb des als maximal angenommenen Wasserstands liegt. Die
Abwicklung könnte auch nach hinten gerichtet sein. Die
Befestigung des Blechbauteils an den Trägern 11 kann ebenfalls
mithilfe von Schrauben und Muttern geschehen. Die Träger 11 und
damit der ebene Teil der Tauchwand 12 verlaufen unter einem
Winkel von etwa 20° gegenüber einer Senkrechten.
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Die
Unterkante 16 der Tauchwand 12 verläuft also
abgerundet mit einer Tropfenform, so dass die Abrundung sowohl nach
innen als auch nach außen gegeben ist. Diese Unterkante,
das heißt der tiefste Punkt der Tauchwand 12,
liegt senkrecht oberhalb der Vorderkante 8 der Überlaufschwelle 4.
Dadurch wird zwischen der Unterkante 16 und der Vorderkante 8 eine
Abströmöffnung gebildet, die sich als Schlitz senkrecht
zur Zeichnungsebene fortsetzt.
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Hinter
dieser Abströmöffnung 17 ist ein Überlaufkanal 19 gebildet,
der nach außen hin durch das Blechbauteil 7 begrenzt
wird. Dieser Überlaufkanal 19 weist in der Schnittdarstellung überall
die gleiche Breite auf, also überall den gleichen Querschnitt.
Die Tauchwand 12 und das Blechbauteil 7 bilden
zusammen einen S-förmigen sanft gerundeten und damit verlustarmen
Strömungsschlitz längs des Überlaufwehrs,
dessen Saugwirkung nicht in Richtung der Kanalsohle 3,
sondern horizontal auf den Wasserkörper vor der Tauchwand 12 gerichtet
ist.
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Die
Konstruktion kann auch nachträglich auf vorhandene Schwellen
aufgesetzt werden, wenn die alte Schwelle durch Absägen
entsprechend erniedrigt wird oder aber wenn die Schwellenhöhe,
wie dies gelegentlich der Fall ist, ohnehin angehoben werden soll.
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Zur
Funktion der Kombination aus Tauchwand und Überlaufschwelle
bei dem Ausführungsbeispiel der 1:
Wenn
es nicht regnet, liegt die ganze Konstruktion trocken. Bei Regen
steigt der Wasserspiegel im Regenentlastungsbauwerk an. Weil die
Unterkante 16 der Tauchwand 12 senkrecht über
der in das innere des Regenentlastungsbauwerks gerichteten Vorderkante 8 der Überlaufschwelle 4 liegt,
können schon auf der Wasseroberfläche schwimmende
Stoffe nur in sehr geringem Umfang hinter die Tauchwand 12 driften.
Wenn der Wasserspiegel über die Höhe der Überlaufkante 9 angestiegen
ist, setzt der Überlauf mehr oder weniger heftig ein. Es
ergeben sich im Gegensatz zu scharfkantigen und engen Anordnungen von
Tauchwänden und Überläufen wegen des
großen Eintrittsquerschnitts in dem Ansaugbereich zwischen
der Unterkante 16 der Tauchwand 12 und der Vorderkante 8 der Überlaufschwelle
und der guten Ausrundung beider Kanten nur geringe Fließgeschwindigkeiten
und daher flache Geschwindigkeitsgradienten. Damit werden die Fließverluste
und der Rückstau minimiert, die Sogwirkung ist gering und nicht
nach unten zur Kanalsohle 3 hin gerichtet. Mit dem Zulaufwasserstrom
heran transportierte Schwimmstoffe können im ruhigen Wasserkörper
vor der Tauchwand 12 aufsteigen und schwimmen dann auf
der Wasseroberfläche, bis sich das Bauwerk nach Regenende
wieder leert und der Wasserstrom sie mit zur Kläranlage
nimmt.
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Die
auf der Sohle 3 des Kanals mit transportierten Verunreinigungen
werden nicht angesaugt, sondern mit der Strömung weiter
transportiert.
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Die
geringen Fließgeschwindigkeiten in der Abströmöffnung 17,
die seitwärts des Zuleitungskanals 1 angeordnet
ist, vermeiden auch, dass Schwebstoffe wie beispielsweise Toilettenpapier
angesaugt werden.
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Die
Führung der Eintrittströmung vermeidet die Bildung
von Sekundärwirbeln, wie man sie bei scharfkantigen Tauchwänden
sehen kann und die Schwimmstoffe nach unten von der Wasseroberfläche
saugen. Daher kann die Eintauchtiefe der Tauchwand, das heißt
die vertikale Differenz zwischen der Unterkante 16 der
Tauchwand 12 und der Überlaufkante 9,
deutlich kleiner sein, als es bei der Konstruktion gemäß dem
eingangs erwähnten Arbeitsblatt A111 empfohlen wird. Damit
liegt die Abströmöffnung 17 deutlich
höher über der Kanalsohle 3 als bei herkömmlichen
Konstruktionen, und der Wirkungsgrad des Feststoffrückhalts
wird verbessert.
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Die
sehr glatte und sanft geschwungene Ausführung sowohl des
Blechbauteils 17 als auch der Tauchwand 12, das
Vermeiden von Kanten, Falten, Knicken und Schweißnähten
und die stets abwärts gerichtete Neigung aller wasserberührten
Teile der beiden Bleche verhindern, dass zum Beispiel Toilettenpapier
hängen bleibt oder sich verheddert. Schmutzstoffe, die
sich auf horizontalen oder flachen Abschnitten aufhäufen,
finden bei dieser Art der Ausbildung keinen Halt.
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Sowohl
das Blechbauteil 7 mit der Überlaufkante 9 und
der Vorderkante 8 der Überlaufschwelle als auch
die Tauchwand 12 werden aus dünnem hochwertigen
Edelstahl mit veredelter Oberfläche durch Kaltverformen
hergestellt. Es gibt keine Schweißnähte, die den
Korrosionswiderstand und die Oberflächenqualität
beschädigen würden. In den wasserberührten
Teilen gibt es an nur ein Minimum an Befestigungsteilen. Die Tauchwand 12 wird
an jedem Träger 11 mit nur einer einzigen Schraube über dem
Wasserspiegel befestigt. Der Strömungsdruck kann dennoch
die Position der Tauchwand wenig ändern, da die Haltekonstruktionen
diese auf der Rückseite bis zu der tropfenförmigen
Unterkante als Versteifung stützt.
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Eine
abgeänderte Ausführungsform ist in 2 dargestellt.
Wenn es im Regenentlastungsbauwerk genügend Platz gibt,
kann die Abströmöffnung 17, die zwischen
der Unterkante 16 der Tauchwand 12 und der Vorderkante 8 der Überlaufschwelle 4 gebildet
ist, auch in das Innere des Regenentlastungsbauwerks vor die Vorderseite 20 der
Betonschwelle 4 verlegt werden. Während bei der
Ausführungsform nach 1 die Vorderkante 8 der Überlaufschwelle 4 bündig
mit der Vorderseite 20 der Betonschwelle 4 verläuft,
ist dies bei der Ausführungsform nach 2 anders.
Hier wird ein Blechbauteil 27 etwa der gleichen Form verwendet,
das in seinem oberen Bereich an der Vorderseite 20 der Überlaufschwelle 4 befestigt
ist. In dem sich daran anschließenden die Überlaufkante 9 bildenden
Bereich ist dieses Blechbauteil 27 in Form eines Tragflächenprofils 21 ausgebildet,
seine Hinterkante ist bei 22 umgebogen. Hier reicht die
Befestigung des Blechbauteils 27 bei 23 beispielsweise
mithilfe einer Schraube und eines Dübels aus. Der nach
innen ragende Teil kann freitragend sein. Die Vorderkante 8 ist
auch nach unten hin umgebogen und bildet etwa einen Halbkreis im
Querschnitt. Die Tauchwand 12 ist gegenüber der Ausführungsform
nach 1 des nicht verändert, sie ist nur weiter
nach innen gerückt. Unterhalb des vorspringenden Teils
des Blechbauteils 27 ist eine Schwimmstofffalle gebildet,
in der aufschwimmende Partikel sich ansammeln können. Die
gesamte Garnitur aus diesem Blechbauteil 27 kann durch
Abspritzen mit einem Wasserstrahl von unten oder oben leicht gereinigt
werden.
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Die
Ausbildung der Überlaufkante 9 an einer Stelle
des Blechbauteils 27, die die Form eines Tragflächenprofils
aufweist, hat den Vorteil, dass man durch Messen des Wasserstandes
vor der Tauchwand 12 eine genaue und hochauflösende
Messung der Überlaufwassermenge erhalten kann. Die Ausbildung
des Blechbauteils 27 in diesem Bereich als Tragflächenprofil
bietet sich an, da hier ohnehin die Krone der Wehrmauer überspannt
werden muss.
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Es
ist auch eine Ausführung möglich, wie sie in 3 dargestellt
ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Blechbauteil 27 wie
bei 2 verwendet, sitzt jedoch auf der Überlaufschwelle 4 und
ragt nach hinten und ist dort von einer gegebenenfalls abgekröpften
Trägerstruktur 25 gestützt. Auch hier
kann das Tragflächenprofil 21 verwendet werden.
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Die
Ausführungsform der 4 unterscheidet
sich von der Ausführungsform der 1 in der Form
des Blechbauteils 13, das hier die Tauchwand 12 bildet.
Während bei der Ausführungsform der 1 oberhalb
der Tropfenform das Blechbauteil 13 als ebenes Bauteil
ausgebildet ist, ist hier das Blechbauteil 13 in dem Bereich
oberhalb der Höhe der Überlaufkante 9 zu
dieser Überlaufkante 9 hin konkav gekrümmt.
Diese gekrümmte Form der Tauchwand lenkt den von unten
kommenden Überlaufstrom in Richtung der Überlaufkante
und erhöht damit die hydraulische Leistungsfähigkeit.
Die dadurch gebildete gerundete Oberkante dient dann als Notüberlauf
bei seltenen Katastrophenregen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19618300 [0005]
- - DE 1022119 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Christine
Wöhrle und Hansjörg Brombach: Probenahme im Abwasserkanal,
Wasserwirtschaft, 81. Jahrgang, Heft 2/91, S. 60 bis 65 [0010]