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Die Erfindung betrifft eine Pegelstandseinstellungsvorrichtung zur Einstellung des Pegelstands im Bereich einer Sieb- oder Recheneinrichtung. Weiter betrifft die Erfindung eine Flüssigkeits-Feststoff-Trennvorrichtung, die eine Sieb- oder Recheneinrichtung sowie eine derartige Pegelstandseinstellungsvorrichtung aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung ein Pegelstandseinstellungsverfahren sowie ein Feststoff-Flüssigkeits-Trennverfahren, bei dem ein derartiges Pegelstandseinstellungsverfahren eingesetzt wird.
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Es ist bereits bekannt, in Gerinnen oder dergleichen Wasserpegel aus unterschiedlichen Gründen auf einen gewünschten Pegelstand einzustellen, wie insbesondere zu regeln. Aus der
DE 12 97 039 A ist ein durch ein Druckmittel aufblähbares Schlauchwehr zum Stau von Gerinnen oder Kanälen bekannt, bei dem besondere Maßnahmen zum dichtenden Verbinden des Schlauchwehrs mit Wandungen oder Böschungen des Gerinnes in jeder Stellung des Schlauchwehres getroffen sind.
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Die
DE 10 87 983 A beschreibt eine Reguliervorrichtung für hydraulisch betätigte Stauverschlüsse, bei der sich bei erhöhtem Staudruck ein Stauverschluss senkt, Wasser abzulassen.
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Aus der
DE 424 126 A ist ein Klappenwehr mit abgebremster Wehrklappe bekannt, das als Schleusentor zu verwenden ist.
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Aus der
DE 511 363 A ist ein selbsttätiger Abflussregler für gleichbleibende Abflussmengen bei einem Gerinne mit wechselndem Wasserstand bekannt.
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Dagegen soll die Erfindung zum Einstellen des Pegelstands im Bereich einer Sieb-oder Recheneinrichtung anzuwenden sein, wie sie z.B. bei oder in Klärwerken zum Absondern von Feststoffen aus einer Abwasserströmung einzusetzen sind.
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Abwässer, die in einer Kläranlage ankommen, sind meist mit einer erheblichen Anzahl von Feststoffen versehen, die im Verlauf der Abwasserreinigung aus dem Abwasser zu entfernen sind. Hierzu gibt es Sieb- oder Recheneinrichtungen, wie sie beispielsweise aus der
EP 1 161 292 B1 , der
DE 10 2007 035 081 A1 , der
DE 10 2010 034 098 A1 oder der
DE 10 2011 082 629 A1 bekannt sind. Zum Beispiel weist die Sieb- oder Recheneinrichtung einen Gitterrost oder dergleichen Sieb zum mechanischen Aussieben der Feststoffe aus dem durchströmenden Flüssigkeitsstrom auf.
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Bei der
EP 1 161 292 B1 ist in Strömungsrichtung hinter der Siebrecheneinrichtung eine Tauchpumpe in dem Gerinne vorgesehen.
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Aus der
DE 29 21 922 C2 ist ein Rechen zur Abwasserreinigung für Kläranlagen bekannt, der einen in einem Durchfluss angeordneten Stabrechen mit einer Rechenharke hat. Zum Reinigen des Rechens kann der Rechenharken mittels eines Drehkrans von einer herausgehobenen Stellung entgegen der Strömungsrichtung an der Sohle in den Rechen eingeführt werden und dann nach oben herausgehoben werden. An dem Rechenharken ist eine erste Druckplatte vorgesehen, die entsprechend beim Herausheben mit dem Rechenharken in das Gerinne eingeführt wird. Diese Druckplatte wird mit dem herausgehobenen Rechengut gegen eine stationäre weitere Druckplatte oberhalb des Gerinnes verfahren, um Wasser aus dem Rechengut herauszupressen.
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Aus der
DE 10 2014 103 865 A1 , die als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, ist ein Pegelstandseinstellungsverfahren zum Einstellen des Pegelstands in einem Gerinne im Bereich einer Sieb- oder Recheneinrichtung, die durch eine Flüssigkeit zum Absondern von Feststoff daraus durchströmt wird, bekannt, mit: Einstellen des Pegelstands des Unterwassers hinter der Sieb- oder Recheneinrichtung durch Anordnen eines Staukörpers in Strömungsrichtung hinter der Sieb- oder Recheneinrichtung mit seitlichem Abstand zu beiden Gerinneseitenwänden. Außerdem wird eine Pegelstandseinstellungsvorrichtung mit einem Staukörper und einer Befestigungseinrichtung vorgeschlagen, wobei der Staukörper derart veränderlich oder beweglich ausgebildet ist, dass sich der wirksame Stauquerschnitt zur Einstellung oder Regulierung des Pegels verändern lässt.
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In einem Gerinne mit einer derartigen Sieb- oder Recheneinrichtung oder Sieb-oder Rechenanlage, welches von einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch durchströmt wird, ist es häufig von Vorteil, wenn der Pegelstand hinter der Sieb-oder Recheneinrichtung oder Sieb- oder Rechenanlage (Pegel des sogenannten Unterwassers oder kurz „Unterwasserpegel“) angehoben wird.
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Zum Beispiel könnte sich aufgrund der baulichen Bedingungen - z.B. in einer Kläranlage - unmittelbar hinter der Sieb- oder Recheneinrichtung ein abschüssiges Gefälle befinden, das zu einem zu niedrigen Unterwasserpegel führt. Ein solcher zu niedriger Unterwasserpegel bringt Nachteile für die Trennleistung der Siebstrukturen. Es ist daher wünschenswert, den Pegel im Bereich der Siebstruktur möglichst hoch zu halten. Andererseits können sich bei einem hohen Pegel Ablagerungen im Oberwasserbereich vor der Sieb- oder Rechenanlage aufbauen. Daher wird ein Verfahren zur Einstellung des Pegelstands im Bereich der Sieb- oder Recheneinrichtung vorgeschlagen, das derart ausgebildet ist, dass Feststoffe an der Sieb- oder Recheneinrichtung besser zurückgehalten werden und dennoch die Gefahr von Ablagerungen in dem Gerinne in Strömungsrichtung vor der Sieb- oder Recheneinrichtung verringert ist.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Pegelstandseinstellungsvorrichtung, wie sie aus der
DE 10 2014 103 865 A1 bekannt ist, funktionell weiter zu verbessern. Insbesondere soll der Unterwasserpegelstand auch bei sich stark ändernden Flüssigkeitsströmungen besser und besonders bevorzugt automatisch und mit wenig Energieaufwand auf einen erwünschten Pegelstand einstellbar sein.
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Zum Lösen dieser Aufgabe wird eine Pegelstandseinstellungsvorrichtung nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung eine Pegelstandseinstellungsvorrichtung zur Einstellung des Pegelstands in einem Gerinne, mit einem Staukörper zum Aufstauen von Flüssigkeit in dem Gerinne und einer Staukörperbewegungseinrichtung zur Veränderung des wirksamen Stauquerschnitts des Staukörpers innerhalb des Gerinnes, durch Bewegen des Staukörpers in eine erste Richtung hin zu einer ersten Stellung mit maximalen wirksamen Stauquerschnitt und in eine zweite Richtung hin zu einer zweiten Stellung mit verringertem Stauquerschnitt, wobei die Staukörperbewegungseinrichtung eine nur in der zweiten Bewegungsrichtung wirksame Bremseinrichtung zum Bremsen der Bewegung des Staukörpers in der zweiten Richtung aufweist.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Staukörperbewegungseinrichtung ein Drehlager zum drehbaren Lagern des Staukörpers oberhalb des maximalen Flüssigkeitspegel aufweist, so dass der Staukörper um eine zumindest mit einer Richtungskomponente in horizontaler Richtung ausgerichtete Drehachse zumindest teilweise nach oben schwenkbar ist, um den Stauquerschnitt zu verringern (entspricht Bewegung in der zweiten Richtung) und zumindest teilweise nach unten drehbar ist, um den Stauquerschnitt zu erhöhen (entspricht Bewegung in der ersten Richtung).
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Dabei ist die erste Richtung entgegen einer Strömungsrichtung gerichtet und die zweite Richtung ist in Strömungsrichtung gerichtet.
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Es ist bevorzugt, dass die Staukörperbewegungseinrichtung einen mit einem gasförmigen oder flüssigen Fluid betreibbaren Zylinder aufweist, der einen Kolben umfasst, welcher eine erste Fluidkammer und eine zweite Fluidkammer trennt.
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Es ist bevorzugt, dass die Bremseinrichtung ein Drosselventil in einer ersten Verbindungsleitung zwischen der ersten Fluidkammer und der zweiten Fluidkammer aufweist, wobei eine zweite Verbindungsleitung zwischen der ersten Fluidkammer und der zweiten Fluidkammer mit einem Rückschlagventil vorgesehen ist.
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Es ist bevorzugt, dass ein Fluidsystem mit einer Fluidquelle zur Veränderung des Fluiddrucks in dem Zylinder vorgesehen ist, um eine Stellung und/oder einen Widerstand für den Staukörper einzustellen.
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Es ist bevorzugt, dass die Staukörperbewegungseinrichtung wenigstens einen Hebel aufweist. Vorzugsweise ist ein Hebel zur Verbindung des Staukörpers mit dem Kolben vorgesehen.
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Es ist bevorzugt, dass der Staukörper wenigstens einen mit einem Ballaststoff befüllbaren Hohlraum aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass der Staukörper wenigstens einen Tafelbereich oder Plattenbereich zur Bereitstellung einer Staufläche aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass die Staufläche an einem unteren Bereich eine größere Breite als an einem oberen Bereich aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Flüssigkeitsleitvorrichtung, insbesondere für die Abwasserbehandlung, zum Leiten von zu bearbeitender Flüssigkeit, wie insbesondere Abwasser, umfassend ein Gerinne und eine Pegelstandseinstellungsvorrichtung nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen, wobei der Staukörper mit seitlichem Abstand zu beiden Seitenwänden des Gerinnes mittels der Staukörperbewegungseinrichtung beweglich angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Feststoff-Flüssigkeits-Trennvorrichtung, umfassend eine Sieb- oder Recheneinrichtung und eine in Strömungsrichtung der zu behandelnden Flüssigkeit dahinter angeordnete Pegelstandseinstellungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ausgestaltungen oder eine Flüssigkeitsleitvorrichtung wie zuvor beschrieben und eine in dem Gerinne in Strömungsrichtung vor der Pegelstandseinstellungsvorrichtung angeordnete Sieb- oder Recheneinrichtung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Pegelstandseinstellungsverfahren, umfassend:
- Aufstauen des Pegelstands in einem Gerinne mittels eines Staukörpers, Bewegen des Staukörpers in eine erste Richtung zur Vergrößerung des Stauquerschnitts durch Drehen um eine oberhalb des maximalen Flüssigkeitspegels angeordnete horizontale Drehachse nach unten und Bewegen des Staukörpers in eine entgegengesetzte zweite Richtung zur Verringerung des Stauquerschnitts durch Drehen des Staukörpers um die Drehachse nach oben,
- wobei eine Bewegung in die zweite Richtung gebremst oder gedrosselt wird und eine Bewegung in die erste Richtung ohne Bremsen oder Drosseln oder mit einer wesentlich geringeren Bremsung oder Drosselung erfolgt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des Pegelstandseinstellungsverfahrens umfasst: Antreiben wenigstens einer der Bewegungen mittels Fluiddruck und/oder Drosseln eines bei der Bewegung in die zweite Richtung erzwungenen Fluidstroms zum Bremsen oder Drosseln dieser Bewegung.
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Dabei wird der Staukörper in der ersten Richtung entgegen der Strömungsrichtung bewegt und in der zweiten Richtung in Strömungsrichtung bewegt. Mit anderen Worten: eine Bewegung in Strömungsrichtung (zweite Richtung) erfolgt gedrosselt und somit gegen einen höheren Widerstand; eine Bewegung entgegen der Strömungsrichtung (erste Richtung) erfolgt ungedrosselt mit weniger Widerstand. So kann der Staukörper z.B. bei erhöhtem Strömungsdruck der aufzustauenden Flüssigkeit sich gedrosselt mit der Strömung bewegen, um den Stauquerschnitt zu verringern, um so mehr durchfließen zu lassen. Ist der Strömungsdruck dann wieder geringer, erfolgt eine ungedrosselte Bewegung entgegen der Strömungsrichtung, der Stauquerschnitt wird wieder größer.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Feststoff-Flüssigkeitstrennverfahren zum Trennen von Feststoff aus einem fließenden Feststoff-Flüssigkeitsgemisch mittels einer Sieb- oder Recheneinrichtung, umfassend
Durchführen eines Pegeleinstellungsverfahrens gemäß einer der zuvor erläuterten Ausgestaltungen zur Einstellung des Pegelstands im Bereich hinter der Sieb- oder Recheneinrichtung.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung und deren Vorteile werden im Folgenden erläutert.
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Vorzugsweise weist die Bremseinrichtung einen der Bewegung in der zweiten Bewegungsrichtung entgegen wirkenden Fluiddämpfer auf.
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Unter Fluid wird hierbei ein fließfähiges Medium, wie ein Gas oder eine Flüssigkeit verstanden. Insbesondere ist die Bremseinrichtung an einem Fluidsystem integriert, das mit der Staukörperbewegungseinrichtung gekoppelt ist. Beispielsweise ist ein Fluidsystem mit einem Fluidzylinder vorgesehen, mittels dem der Staukörper bewegbar ist oder mittels dem eine Stellung oder ein Gegendruck für den Staukörper einstellbar ist. Der Fluiddämpfer kann insbesondere an einer Fluidleitung, vorgesehen sein, die mit einer Fluidkammer des Zylinders verbunden ist.
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Vorzugsweise ist die Staukörperbewegungseinrichtung dazu ausgebildet, dass der Staukörper in der zweiten Richtung entgegen der Schwerkraft zu bewegen ist, wobei eine durch Druck gegen den Staukörper initiierte Bewegung in dieser zweiten Richtung noch zusätzlich durch die Bremseinrichtung gebremst wird.
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Vorzugsweise ist der Staukörper als Hohlkörper ausgebildet oder weist einen Hohlkörperbereich auf. Vorzugsweise kann der Staukörper oder dessen Hohlkörperbereich, um eine variable Erhöhung des Eigengewichtes zu erreichen, mit einem Ballaststoff, insbesondere einer Flüssigkeit (z.B. Wasser) oder Feststoff (z.B. Sand) gefüllt werden.
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Vorzugsweise befindet sich der Staukörper in der Gerinnemitte, hinter einem Rechen oder einer Siebanlage. Vorzugsweise ist der Staukörper im oberen Bereich, außerhalb des maximalen Flüssigkeitspegels, drehbar gelagert. Vorzugsweise ist die insbesondere feststehende Drehachse hierbei mit den Gerinneseitenwänden fest verbunden.
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Vorzugsweise hat der drehbar gelagerte oder „schwingend gelagerte Staukörper“ eine geringere lichte Breite als das Gerinne, welche ca. 10 % oder weniger der lichten Breite des Gerinnes beträgt.
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Vorzugsweise erfolgt eine Verbindung zwischen dem Staukörper am Tiefpunkt der Vorrichtung und einer Drehlagerachse mittels eines Vollmaterials, z.B. einer Blechtafel mit entsprechenden Versteifungen. Vorzugsweise ist diese Tafel insbesondere Blechtafel, rechteckig oder nach oben hin schmäler werdend, z.B. trapezförmig, ausgeführt.
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Eine nach oben hin schmäler werdende Versteifung kann bei entsprechend hohen Fluidpegelständen Strömungsvorteile bringen. Auch die im Flüssigkeitsniveau befindlichen Bauteile unterliegen niedrigeren Strömungskräften, wenn z.B. eine trapezförmige, nach oben hin schmäler werdende Verbindung vorgesehen ist.
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Vorzugsweise befinden sich an der Drehachse, insbesondere außerhalb des maximalen Flüssigkeitspegels, mehrere (mindestens zwei) auf der Drehachse befestigte Achslager. Vorzugsweise können diese Achslager um die Drehachse drehen. Vorzugsweise sind die Achslager über je einem Hebelarm pro Achslager mit einer Kolbenstange verbunden. Die Augen der jeweiligen Kolbenstange sind vorzugsweise ebenfalls als Drehlager ausgeführt.
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Vorzugsweise weist die Pegelstandseinstellungsvorrichtung eine selbstregulierende Staukörpereinheit auf.
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Vorzugsweise befindet sich oberhalb der Kolbenstange (und insbesondere außerhalb des maximalen Fluidpegels) ein Hydraulik- oder Pneumatik-Zylinder.
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Vorzugsweise ist ein Kolben des Zylinders mit einer nach unten führenden Kolbenstange (Pleuelstange) verbunden.
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Bei sehr breiten Konstruktionen können auch zwei oder mehrere Hydraulik- oder Pneumatik-Zylinder zum Einsatz kommen.
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Vorzugsweise können der oder die Zylinder, in einer an sich bekannten Weise, mittels Druck aus einer Hydraulik- oder Pneumatikanlage betrieben werden, somit kann die Staukörperstellung wunschgemäß reguliert werden.
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Vorzugsweise ist eine selbstregulierende Staukörpereinheit, die ohne Zugabe von Fremdenergie arbeitet, vorgesehen.
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Bei der „selbstregulierenden Staukörpereinheit“ wird die Strömungsenergie im Flüssigkeitsstrom vorzugsweise wie folgt genutzt:
- Durch den Strömungsdruck und die Auftriebskräfte im Flüssigkeitsstrom und steigendem Flüssigkeitspegel wird der Staukörper strömungsabwärts und nach oben gedrückt. Der mit Hydraulikflüssigkeit oder Druckluft befüllte Zylinder wird über den nach unten drückenden Kolben mit Druck beaufschlagt. Über ein Drosselventil (z.B. Nadelventil), in der ersten von wenigstens zwei Verbindungsrohrleitungen, zwischen den Räumen im Zylinder, oberhalb und unterhalb des Kolbens, wird die Hydraulikflüssigkeit oder die Luft von der Kammer im Bereich unterhalb der Kolben in die Kammer oberhalb des Kolbens gedrückt. Dadurch bewegt sich der Kolben nach unten und es fährt die gesamte Staukörpereinheit nach oben. Das Drosselventil bewirkt, dass die Geschwindigkeit beim Herunterfahren des Kolbens beeinflusst werden kann.
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Von Vorteil ist aber auch ein schnelles Herunterfahren der Staukörpereinheit (hierbei wird der Kolben wieder nach oben gedrückt) bei sinkendem Flüssigkeitspegel (z.B. soll der Staukörper nach dem Räumvorgang des Rechenrostes wieder schnell dafür sorgen, dass keine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit hinter dem Rechenrost im „Unterwasserbereich“ entsteht.). Um ein schnelles Herunterfahren des Staukörpers bei sinkendem Wasserstand zu erreichen, ist vorzugsweise in der zweiten von mehreren Verbindungsleitungen, zwischen den Räumen im Zylinder, die sich oberhalb und unterhalb des Kolbens befinden, ein Rückschlagventil installiert. Dieses Rückschlageventil ist vorzugsweise so positioniert, dass es, wenn der Kolben das Fluid (z.B. Hydraulikmedium oder Luft) vom Raum unterhalb des Kolbens in den Raum oberhalb des Kolbens drückt, geschlossen bleibt. Das Fluid (z.B. Hydraulikmedium oder Luft) muss dann, bei steigendem Pegel im Gerinne, zwangsweise über das Drosselventil in den oberen Raum fließen. Dieser Vorgang geschieht langsam.
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Bei sinkendem Pegel im Gerinne hat der Staukörper- aufgrund des Eigengewichtes - das Bedürfnis, den Hydraulik- oder Pneumatikkolben nach oben zu bewegen.
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In diesem Fall öffnet das Rückschlagventil sofort. Das Hydraulikmedium oberhalb des Kolbens kann dadurch, fast ungebremst, in den Raum unterhalb des Kolbens fließen.
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Durch diese Regelung bewegt sich die gesamte Staukörpereinheit wieder in Richtung Tiefpunkt.
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Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 einen Längsquerschnitt in Strömungsrichtung gesehen durch eine Trennvorrichtung mit einem Gerinne, in das eine Sieb- oder Recheneinrichtung zum Trennen von Feststoffen aus einem durch das Gerinne fließenden Flüssigkeitsstrom eingesetzt ist, wobei die Trennvorrichtung weiter mit einer Pegelstandseinstellungsvorrichtung versehen ist;
- 2 eine Draufsicht auf die Trennvorrichtung mit dem Gerinne, der Sieb- oder Recheneinrichtung und der Pegelstandseinstellungsvorrichtung von 1;
- 3 eine Seitenansicht der Pegelstandseinstellungsvorrichtung, wobei ein Staukörper der Pegelstandseinstellungsvorrichtung in eine Stellung mit minimalem Stauquerschnitt verfahren ist;
- 4 eine Seitenansicht wie in 4, wobei der Staukörper in eine Stellung mit maximalem Stauquerschnitt verfahren ist; und
- 5 eine Vorderansicht auf die Pegelstandseinstellungsvorrichtung in Strömungsrichtung gesehen.
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In den 1 und 2 ist ein Gerinne 10 dargestellt, mit dem z.B. Abwässer einer nicht näher dargestellten Kläranlage zugeführt werden. Das Gerinne 10 ist links und rechts durch Seitenwände 12, 14 und unten durch einen Boden 16 begrenzt. Das Gerinne 10 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Flüssigkeitsleitvorrichtung 11, mittels der zu behandelnde Flüssigkeit, wie z.B. Abwasser, zu leiten ist, und in der ein Pegelstand auf einem gewünschten Niveau einzustellen ist. Beispielsweise wird durch die Flüssigkeitsleitvorrichtung 11 Abwasser innerhalb einer Kläranlage geführt.
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Zur Absonderung von mit den Abwässern heranströmenden Feststoffen ist eine Trennvorrichtung
17 vorgesehen. Die Trennvorrichtung
17 weist das Gerinne
10 und eine Sieb- oder Recheneinrichtung
18 auf. Als Sieb- oder Recheneinrichtung
18 ist beispielsweise eine Siebrechenvorrichtung eingesetzt, wie sie in der
DE 10 2011 082 629 A1 beschrieben und gezeigt ist. Demnach weist die Sieb- oder Recheneinrichtung
18 ein Siebgitter
40 mit Gitterstäben oder dergleichen Siebeinrichtung (z.B. Lochblech) auf.
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Der Bereich des Gerinnes 10 in Strömungsrichtung vor der Sieb- oder Recheneinrichtung 18 wird als Oberwasser 20 bezeichnet und der Bereich des Gerinnes 10 in Strömungsrichtung nach der Sieb- oder Recheneinrichtung 18 wird als Unterwasser 22 bezeichnet.
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Das hier als Beispiel dargestellte Gerinne 10 weist im Bereich des Unterwassers 22 ein Gefälle 24 auf, über welches die von den Feststoffen durch die Sieb- oder Recheneinrichtung 18 zumindest teilweise gereinigte Flüssigkeit zu weiteren Stufen der Kläranlage geleitet wird.
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Die Trennvorrichtung 17 weist weiter eine Pegelstandseinstellungsvorrichtung 26 zum Einstellen des Pegelstands 27 in dem Unterwasser 22 auf.
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Die Pegelstandseinstellungsvorrichtung 26 weist einen Staukörper 28 auf, der mittels einer Befestigungseinrichtung 30 in einem Bereich von ca. 50 cm bis etwa 3 m in Strömungsrichtung hinter der Sieb- oder Recheneinrichtung 18 in dem Gerinne 10 befestigt ist.
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Die Befestigungseinrichtung 30 ist derart ausgebildet, dass der Staukörper 28 sowohl mit Abstand von der ersten Seitenwand 12 als auch mit Abstand von der zweiten Seitenwand 14 angeordnet ist, so dass der Staukörper 28 den Flüssigkeitsstrom in einem ersten Teilstrom 32 zwischen dem Staukörper 28 und der ersten Seitenwand 12 und in einem zweiten Teilstrom 34 zwischen dem Staukörper 28 und der zweiten Seitenwand 14 aufteilt.
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Durch die Verwendung des Staukörpers
28 lässt sich der Pegelstand
27 des Unterwassers
22 - Unterwasserpegel - erhöhen, wobei gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Seitenwände
12,
14 erhöht wird. Die dadurch erzielbaren Effekte sind ausführlich in der
DE 10 2014 103 865 A1 beschrieben, auf welche für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.
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Die Pegelstandseinstellungsvorrichtung 26 dient zur Einstellung des Pegelstands in dem Gerinne 10 und ist mit dem Staukörper 28 zum Aufstauen von Flüssigkeit in dem Gerinne 10 versehen. Weiter weist die Pegelstandseinstellungsvorrichtung 26 eine Staukörperbewegungseinrichtung 42 zur Veränderung des wirksamen Stauquerschnitts des Staukörpers 28 innerhalb des Gerinnes auf, indem der Staukörper 28 mittels der Staukörperbewegungseinrichtung 42 in eine erste Richtung 44 hin zu einer ersten Stellung 46 mit maximalen wirksamen Stauquerschnitt und in eine zweite Richtung 48 hin zu einer zweiten Stellung 50 mit verringertem Stauquerschnitt bewegbar ist. Die erste Stellung 46 ist in 1 und 4 und die zweite Stellung 50 ist in 3 dargestellt. In 3 ist hierbei die Endstellung dargestellt, wo der Staukörper 28 den minimalen Stauquerschnitt zur Verfügung stellt.
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Wie aus den 1, 3 und 4 ersichtlich ist der Staukörper 28 um eine horizontale Drehachse 52 drehbar gelagert, so dass er bei einer Bewegung in der ersten Richtung 44 nach unten schwenkt und bei einer Bewegung in der zweiten Richtung 48 entgegen der Schwerkraft nach oben schwenkt.
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Somit weist die Staukörperbewegungseinrichtung 42 ein Drehlager 54 zum drehbaren Lagern des Staukörpers 28 auf, so dass der Staukörper 28 um die zumindest mit einer Richtungskomponente in horizontaler Richtung ausgerichtete Drehachse 52 in der zweiten Richtung 48 zumindest teilweise nach oben schwenkbar ist, um den Stauquerschnitt zu verringern, und in der ersten Richtung 44 zumindest teilweise nach unten drehbar ist, um den Stauquerschnitt zu erhöhen.
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Die erste Richtung 44 ist mit zumindest einer Richtungskomponente entgegen der Strömungsrichtung der Flüssigkeit, deren Pegel einzustellen ist, gerichtet und ist somit zumindest teilweise stromauf gerichtet. Die zweite Richtung 48 ist mit zumindest einer Richtungskomponente in Strömungsrichtung gerichtet und ist somit zumindest teilweise stromab gerichtet.
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Die Pegelstandseinstellungsvorrichtung 26 weist weiter ein Fluidsystem 56 zum Handhaben, Antreiben und/oder Steuern der Staukörperbewegung auf. Das Fluidsystem 56 weist eine Fluidquelle 58 zum Liefern von unter Druck stehenden Fluid, z.B. Hydraulikflüssigkeit oder Pressluft, und einen Fluidzylinder 60 mit Kolben 62, einer ersten Fluidkammer 64 und einer zweiten Fluidkammer 66 auf.
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Mittels Fluid aus der Fluidquelle 58 können die erste und/oder die zweite Fluidkammer 64, 66 befüllt werden, um den Staukörper 28 in die erste Richtung 44 oder die zweite Richtung 48 zu bewegen, die Stellung des Staukörpers 28 und somit den Stauquerschnitt einzustellen und/oder den Gegendruck für den Staukörper 28 einzustellen. Hierzu kann eine (nicht dargestellte) automatische Steuerung vorgesehen sein, oder der Fluiddruck des Fluidsystems 56 kann manuell, z.B. über Betätigung Pumpen oder Ventilen eingestellt werden.
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Der Kolben 62, der die erste und die zweite Fluidkammer 64, 66 trennt, ist über eine Kolbenstange 68 und einen Hebel 70 mit dem schwenkbar gelagerten Staukörper 28 verbunden.
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Somit weist die Staukörperbewegungseinrichtung 42 einen mit einem gasförmigen oder flüssigen Fluid betreibbaren Zylinder 60 auf, der einen Kolben 62 umfasst, welcher eine erste Fluidkammer 64 und eine zweite Fluidkammer 66 trennt.
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Die Staukörperbewegungseinrichtung 42 weist eine nur in der zweiten Richtung 48 wirksame Bremseinrichtung 72 zum Bremsen der Bewegung des Staukörpers 28 in der zweiten Richtung 48 (stromabwärtige Richtung) auf.
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Die Bremseinrichtung 72 weist insbesondere einen Fluiddämpfer 74 in dem Fluidsystem 56 auf, der dazu ausgebildet ist, einen durch die Bewegung des Staukörpers 28 in die zweite Richtung 48 erzwungenen Strom des Fluids zu dämpfen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Bremseinrichtung 72 ein Drosselventil 76 in einer ersten Verbindungsleitung 78 - Bypassleitung - zwischen der ersten Fluidkammer 64 und der zweiten Fluidkammer 66 auf. Eine zweite Verbindungsleitung 80 zwischen der ersten Fluidkammer 64 und der zweiten Fluidkammer 66 ist mit einem Rückschlagventil 82 versehen. Das Rückschlagventil 82 ist so ausgebildet, dass es eine Strömung des Fluids in der zweiten Verbindungsleitung 80, die sich aufgrund der Bewegung des Staukörpers 28 in die stromaufwärtige erste Richtung 44 und die damit einhergehende Bewegung des damit verbunden Kolbens 62 einstellt, zulässt, eine Gegenbewegung, die sich bei Bewegung des Staukörpers 28 in die stromabwärtige zweite Richtung 48 und die damit einhergehende Bewegung des Kolbens 62 einstellt, aber sperrt, so dass das Fluid dann bei der Bewegung in der zweiten Richtung 48 nur über die erste Verbindungsleitung 78 mit dem Fluiddämpfer 74 fließen kann.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Fließen von Fluid aus der oben angeordneten ersten Fluidkammer 64 in die zweite Fluidkammer 66 über die zweite Verbindungsleitung und das Rückschlagventil möglich. Bei Fließen von Fluid aus der zweiten Fluidkammer 66 in die erste Fluidkammer 64 sperrt jedoch das Rückschlagventil 82, so dass das Fluid über das Drosselventil 76 der ersten Verbindungsleitung 78 fließen muss und entsprechend der Bewegungswiderstand des Staukörpers 28 in der zweiten Richtung 48 (stromab) gegenüber einer Bewegung in der ersten Richtung 44 (stromauf) wesentlich erhöht ist.
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Im Folgenden wird der Aufbau einer vorteilhaften Ausgestaltung des Stauköpers 28 anhand der Darstellungen in den 4 und 5 näher erläutert.
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Der Staukörper 28 weist wenigstens einen mit einem Ballaststoff befüllbaren Hohlraum 84 auf. Durch Einfüllen von mehr oder weniger Ballaststoff, z.B. Wasser, Öl, Sand oder dergleichen, lässt sich das Gewicht des Staukörpers 28 und somit sein durch Schwerkraft bedingter Gegendruck einstellen. Zusätzlich lässt sich der Gegendruck und eine gewünschte Stellung über den Fluiddruck in den Fluidkammern 64, 66 einstellen.
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Der Staukörper 28 weist insbesondere einen rohrartigen Hohlkörperbereich 86 auf, der den Hohlraum 84 bildet. Dieser Hohlkörperbereich 86 ist an einem unteren Ende des Staukörpers 28 vorgesehen und über einen Rahmen 88 und/oder einen Tafelbereich 90 oder Plattenbereich, der eine im Wesentlichen geschlossene Staufläche 92 zur Verfügung stellt, mit dem Drehlager 52 verbunden.
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Somit weist der Staukörper 28 wenigstens einen Tafelbereich 90 oder Plattenbereich zur Bereitstellung einer Staufläche 92 auf. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Staufläche 92 an einem unteren Bereich eine größere Breite als an einem oberen Bereich auf.
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Der Staukörper 28 ist mit seitlichem Abstand zu beiden Seitenwänden 12, 14 des Gerinnes 10 pendelnd beweglich angeordnet. Der Staukörper 28 befindet sich hierzu in der Gerinnemitte, hinter der Sieb- oder Recheneinrichtung 18 und ist im oberen Bereich, außerhalb des maximalen Flüssigkeitspegels, drehbar gelagert. Die Drehachse 52 ist feststehend und mit den Seitenwänden 12, 14 des Gerinnes 10 fest verbunden.
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Der drehbar gelagerte oder schwingend gelagerte Staukörper 28 hat eine geringere lichte Breite als das Gerinne 10, wobei die Breite des Staukörpers 28 ca. 10 % oder weniger der lichten Breite des Gerinnes 10 beträgt.
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Die Verbindung zwischen dem Hohlkörperbereich 86 am Tiefpunkt der Pegelstandseinstellungsvorrichtung 26 und der Drehlagerachse erfolgt mittels eines Vollmaterials, z.B. einer Blechtafel mit entsprechenden Versteifungen. Diese Blechtafel kann rechteckig oder nach oben hin schmäler werdend ausgeführt sein. Eine nach oben hin schmäler werdende Verbindung kann bei entsprechend hohen Fluidpegelständen Strömungsvorteile bringen. Auch die im Flüssigkeitsniveau befindlichen Bauteile unterliegen niedrigeren Strömungskräften, wenn z.B. eine trapezförmige, nach oben hin schmäler werdende Verbindung besteht.
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An der Drehachse 52, außerhalb des maximalen Flüssigkeitspegels, befinden sich mindestens zwei, auf der Drehachse befestigte Achslager - Drehlager 54. Diese Achslager können um die Drehachse 52 drehen und sind über je einem Hebelarm - Hebel 70 - pro Achslager mit der Kolbenstange 68 verbunden. Die Augen der jeweiligen Kolbenstange 68 sind ebenfalls als Drehlager ausgeführt.
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Oberhalb der Kolbenstange 68 und außerhalb des maximalen Fluidpegels befindet sich ein Hydraulik- oder Pneumatik-Zylinder - Fluidzylinder 60. Der Kolben 62 des Zylinders 60 ist mit der nach unten führenden Kolbenstange 68 (Pleuelstange) verbunden.
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Bei sehr breiten Konstruktionen können auch zwei oder mehrere Hydraulik- oder Pneumatik-Zylinder zum Einsatz kommen.
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Der oder die Zylinder 60 können, in einer an sich bekannten Weise, mittels Druck aus einer Hydraulik- oder Pneumatikanlage - Beispiel für die Fluidquelle 58 - betrieben werden, somit kann die Staukörperstellung wunschgemäß reguliert werden.
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Als eine Besonderheit ist bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung eine selbstregulierende Staukörpereinheit, ohne Zugabe von Fremdenergie, vorgesehen.
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Bei der „selbstregulierenden Staukörpereinheit“ wird die Strömungsenergie im Flussigkeitsstrom des Gerinnes 10 genutzt.
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Durch den Strömungsdruck und den Auftriebskräften im Flüssigkeitsstrom des Gerinnes 10 und steigendem Flüssigkeitspegel wird der Staukörper 28 strömungsabwärts und nach oben gedrückt.
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Der mit Hydraulikflüssigkeit oder Druckluft befüllte Zylinder 60 wird über den nach unten drückenden Kolben 62 mit Druck beaufschlagt. Über das Drosselventil (Nadelventil) 76, in der ersten von zwei Verbindungsrohrleitungen 78, 80, zwischen den Kammern im Zylinder 60, oberhalb und unterhalb des Kolbens 62, wird die Hydraulikflüssigkeit oder die Luft von der Kammer im Bereich unterhalb des Kolbens 62 in die Kammer oberhalb des Kolbens 62 gedrückt.
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Dadurch bewegt sich der Kolben 62 nach unten und es fährt die gesamte Staukörpereinheit nach oben. Das Drosselventil 76 bewirkt, dass die Geschwindigkeit beim Herunterfahren des Kolbens 62 beeinflusst werden kann.
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Von Vorteil ist aber auch ein schnelles Herunterfahren der Staukörpereinheit - hierbei wird der Kolben 62 wieder nach oben gedrückt - bei sinkendem Flüssigkeitspegel. Z.B. soll der Staukörper 28 nach dem Räumvorgang des Rechenrostes wieder schnell dafür sorgen, dass keine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit hinter dem Rechenrost im „Unterwasserbereich“ entsteht.
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Um ein schnelles Herunterfahren des Staukörpers 28 bei sinkendem Wasserstand zu erreichen, ist in der zweiten Verbindungsleitung 80, zwischen den Kammern im Zylinder 60, oberhalb und unterhalb des Kolbens 62, das Rückschlagventil 82 installiert. Dieses Rückschlageventil 82 ist so positioniert, dass es, wenn der Kolben 62 das Fluid vom Raum unterhalb des Kolbens 62 in den Raum oberhalb des Kolbens 62 drückt, geschlossen bleibt. Das Fluid muss dann, bei steigendem Pegel im Gerinne 10, zwangsweise über das Drosselventil 76 in den oberen Raum fließen. Dieser Vorgang geschieht langsam.
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Bei sinkendem Pegel im Gerinne hat der Staukörper 28 - aufgrund des Eigengewichts - das Bedürfnis, den Hydraulik- oder Pneumatikkolben nach oben zu bewegen. In diesem Fall öffnet das Rückschlagventil 82 sofort. Das Fluid oberhalb des Kolbens 62 kann dadurch, fast ungebremst, in den Raum unterhalb des Kolbens 62 fließen.
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Durch diese Regelung bewegt sich die gesamte Staukörpereinheit wieder in Richtung Tiefpunkt.
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Somit lässt sich mit der Pegelstandseinstellungsvorrichtung 62 ein Pegelstandseinstellungsverfahren durchführen, das die Schritte umfasst: Aufstauen des Pegelstands in einem Gerinne 10 mittels eines Staukörpers 28, Bewegen des Staukörpers 28 in eine zweite Richtung 48 zur Verringerung des Stauquerschnitts und
Bewegen des Staukörpers 28 in eine entgegengesetzte erste Richtung 44 zur Vergrößerung des Stauquerschnitts,
wobei eine Bewegung in die zweite Richtung 48 gebremst oder gedrosselt wird und eine Bewegung in die erste Richtung 44 ohne Bremsen oder Drosseln erfolgt.
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Das Pegeleinstellungsverfahren wird insbesondere zur Einstellung des Pegelstands im Bereich hinter der Sieb- oder Recheneinrichtung im Rahmen eines Trennverfahrens zum Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten durchgeführt.
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Varianten:
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Anstelle des beschriebenen Fluidzylinders mit mit Fluid zu befüllenden Kammern auf beiden Seiten des Kolbens könnte auch ein Zylinder eingesetzt sein, der nur durch Füllung und Entleerung einer an den Kolben angrenzenden Kammer betreibbar ist, wobei der Zu- und Abfluss entsprechend je nach Anschluss an den Staukörper zu drosseln ist (Bewegung in zweite Richtung 48) oder weitgehend ungehindert erfolgt (Bewegung in erste Richtung 44).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gerinne
- 11
- Flüssigkeitsleitvorrichtung
- 12
- erste Seitenwand
- 14
- zweite Seitenwand
- 16
- Boden
- 17
- Trennvorrichtung
- 18
- Sieb- oder Recheneinrichtung
- 20
- Oberwasser
- 22
- Unterwasser
- 24
- Gefälle
- 26
- Pegelstandseinstellungsvorrichtung
- 27
- Pegelstand
- 28
- Staukörper
- 30
- Befestigungseinrichtung
- 32
- erster Teilstrom
- 34
- zweiter Teilstrom
- 40
- Siebgitter
- 42
- Staukörperbewegungseinrichtung
- 44
- erste Richtung
- 46
- erste Stellung (maximaler Stauquerschnitt)
- 48
- zweite Richtung
- 50
- zweite Stellung
- 52
- Drehachse
- 54
- Drehlager
- 56
- Fluidsystem
- 58
- Fluidquelle
- 60
- Fluidzylinder
- 62
- Kolben
- 64
- erste Fluidkammer
- 66
- zweite Fluidkammer
- 68
- Kolbenstange
- 70
- Hebel
- 72
- Bremseinrichtung
- 74
- Fluiddämpfer
- 76
- Drosselventil
- 78
- erste Verbindungsleitung
- 80
- zweite Verbindungsleitung
- 82
- Rückschlagventil
- 84
- Hohlraum
- 86
- Hohlkörperbereich
- 88
- Rahmen
- 90
- Tafelbereich
- 92
- Staufläche
