DE19527793C2 - Hydrodynamisch angetriebener Rechen zur mechanischen Reinigung von Flüssen und Kanälen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Reinigung von Flüssen, Kanälen und dergleichen.

Im Gegensatz zur biologischen Klärung, die in der Regel ausschließlich in einer Kläranlage vorgenommen wird, findet eine mechanische Reinigung der Flüsse und Kanäle auch an den fließenden Gewässern selbst statt. Dort wird versucht, physische Verschmutzungen, wie Dosen, Kanister, Kunststoffteile u.ä., die in die Gewässer gelangt sind, herauszufiltern und einer gezielten Entsorgung zuzuführen. Dazu werden in der Regel feststehende Rechen oder motorisch betriebene bewegliche Rechen, meist in Ergänzung zu Wehren oder Schleusen verwendet.

Das zentrale Problem beim Einsatz von feststehenden Rechen ist, daß der herausgefilterte physikalische Unrat zwar entweder an dem Rechen hängenbleibt oder vor dem Rechen im Wasser treibt, jedoch nicht ohne weiteres einer Entsorgung zugeführt werden kann. Das Ablösen des Unrats vom Rechen geschieht normalerweise in einer sehr aufwendigen manuellen Reinigung des Rechens oder unter Einsatz motorisch betriebener Geräte.

Der Vorteil beim Einsatz motorisch betriebener beweglicher Rechen bzw. Rechenreinigern liegt darin, daß der Abtransport des Unrats vom Rechen zu einer zugänglichen Entsorgungsstelle gelöst ist. Der Einsatz von motorisch betriebenen beweglichen Rechen ist jedoch in der Regel nur in relativ komplexen, wartungsintensiven Anlagen möglich, die über eine Energieversorgung verfügen. Sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb sind solche Anlagen verständlicherweise sehr teuer. Zudem stellt der Dauerbetrieb des Antriebsmotors eine nicht unerhebliche ökologische Belastung dar.

Ein Rechen zur Reinigung des einer Wasserkraftmaschine zufließenden Wassers von Schwemmgut, dessen Energie direkt dem fließenden Wasser entnommen wird, ist bereits aus der DE 36 15 499 C2 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen beweglichen Rechen zu schaffen, der ohne Verwendung eines Motors antreibbar ist, als Antriebs­ energie ausschließlich die kinetische Energie des fließenden Gewässers ausnutzt und die Verunreinigungen in ein Auffangbecken fördert.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß weder Strom, Gas noch Benzin zum Betreiben des beweglichen Rechens notwendig ist, sondern allein die kinetische Energie des fließenden Gewässers zum Betrieb des beweglichen Rechens genutzt wird. Unter Ausnutzung dieser Energiequelle wird erreicht, daß zum einen der stoffliche Unrat wie Dosen, Kanister, Äste u.ä. aus dem fließenden Gewässer gefiltert wird und zum anderen ein Weitertransport des Treibguts in ein Auffangbecken erfolgt. Von dort kann der Unrat direkt entnommen und der weiteren Entsorgung zugeführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert.

Fig. 1 ist in eine Darstellung des in das Gerinne eingebauten Wasserrades. Die Betrachtung erfolgt hierbei aus Strömungsrichtung auf das Wasserrad.

Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung von Fig. 1 entlang der Linie A-B.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf Fig. 1, wobei zum besseren Verständnis nur die mit Schaufel 1 und Schaufel 5 in Fig. 1 und Fig. 2 bezeichneten Schaufeln dargestellt werden.

Fig. 4. ist eine Vergrößerung der mit Z gekennzeichneten Situation in Fig. 2.

Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung des Loslagers zur Lagerung der Hauptwelle.

Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung des Festlagers zur Lagerung der Haupt­ welle.

Fig. 7 ist eine Schnittdarstellung des Lagerständers mit Schnecken­ radgetriebe entlang der Linie E-F von Fig. 9.

Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung des Lagerständers mit Schnecken­ radgetriebe entlang der Linie A-B von Fig. 7.

Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung des Lagerständers mit Schnecken­ radgetriebe entlang der Linie C-D von Fig. 7. Die Schaltgabel (16) wurde nicht gezeichnet.

Zentraler Bestandteil der Erfindung ist das in Strömungsrichtung angebrachte, unterschlächtige Wasserrad (Fig. 1-3), das aus acht Schaufeln, Drehwelle (5) und Trägerplatte (6) besteht. Die Schaufeln sind dabei in ihrer Geometrie dem Querschnitt des Gerinnes angepaßt.

Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung werden die Schaufeln durch gerade L-Profile (4) gebildet, auf denen ebene Bleche (1), die den eigentlichen Schaufelkörper bilden, befestigt sind, und die in radialer Richtung von einem wasserundurchlässigen Kragen (2) sowie einem daran befestigten gitterförmigen, wasserdurchlässigen Kragen (3) begrenzt werden (Fig. 4). Wasserundurchlässiger und wasserdurchlässiger Kragen werden dabei entsprechend dem Durchmesser des Wasserrades radial gekrümmt ausgeführt.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird die Schrägstellung der Schaufeln in Relation zu der Rotationsachse des Wasserrades dadurch erreicht, daß die geraden L-Profile (4) zur Aufnahme der Schaufeln nicht zentrisch auf die Drehachse des Wasserrades zu laufen, sondern tangential auf einen definierten, konzentrischen Kreis um die Drehachse des Wasserrades auf den Trägerplatten (6) montiert sind. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird es möglich, eine Schrägstellung der Schaufeln zu erreichen, ohne dazu die Aufnahmeträger (4) sowie die Schaufeln (1) des Drehrechens aufwendig verformen zu müssen. Dieses vorteilhafte Merkmal trägt dazu bei, den Fertigungsaufwand und somit die Kosten zur Herstellung der Erfindung erheblich zu reduzieren.

Die Lagerung der Drehwelle (5) erfolgt auf beiden Seiten des Gerinnes in einem wartungsarmen Fest- und Loslager. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ausgestaltung der Lagerung in Form eines Pendelrollenlagers (35), das einen Versatz zwischen den beiden Lagerstellen erlaubt. Die Abdichtung der einmalig geschmierten Wälzlager erfolgt mit berührungsfreien Labyrinth-Dichtungen (12), so daß ein Verschleiß der Dichtungen, auf die Lebensdauer des Wasserrades bezogen, nahezu ausgeschlossen wird. Hiermit wir erreicht, daß keine Wartungsintervalle eingehalten werden müssen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Pendelrollenlager zwischen den direkt auf die Drehwelle (5) geschraubten Labyrinth-Dichtungen (12) und den Distanzscheiben (30 und 31) befestigt, so daß die Drehwelle als gerade Welle ohne Einstiche und Absätze ausgebildet sein kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da der Fertigungsaufwand der Welle erheblich reduziert werden kann und die Festigkeitswerte der Welle, insbesondere die Biegefestigkeit, nicht beeinträchtigt wird. Der Durchmesser der Drehwelle kann daher relativ gering dimensioniert sein, was zusätzlich Gewichtseinsparungen zur Folge hat.

Der dieser Erfindung zugrundeliegende Antrieb des Wasserrades erfolgt ausschließlich über die Strömungsenergie des fließenden Gewässers. Analog zum Antrieb eines unterschlächtigen Wasserrades wird der Drehrechen durch die Energie des fließenden Gewässers in Rotation versetzt. Die Drehzahl des Rechens ist dabei direkt proportional zur Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Gerinne. Durch die Rotation des Rades werden die mechanischen Verunreinigungen des Gerinnes unter dem Wasserrad hindurch gedrückt und beim Austritt der Schaufeln aus der Wasseroberfläche auf der Rückseite des Rades quer zur Fließrichtung des Gerinnes auf eine definierte Seite des Gerinnes transportiert.

Dieser Effekt wird dadurch erreicht, daß durch die Schrägstellung der Schaufeln des Drehrechens in Relation zur Drehachse bei der Rotation des Wasserrades durch den zeitlich versetzten Austrittspunkt der Schaufeln an der Wasseroberfläche zum einen eine Strömung quer zur Fließrichtung des Gerinnes erzeugt wird und zum anderen durch das abfließende Wasser auf den Schaufeln das Treibgut von den Schaufeln in eine definierte Richtung quer zum Gerinne gespült wird. Die Strömung auf den Schaufeln wird durch den wasserundurchlässigen Kragen (2), der in Form eines konzentrischen Kreisumfangsegments tangential am äußeren Ende der Schaufel befestigt ist, verstärkt und kanalisiert. Die gitterförmige, wasserdurchlässige Verlängerung des Kragens dient zum Zurückhalten der mechanischen Verunreinigungen beim Austritt der Schaufeln an der Wasseroberfläche. Durch den Transport der mechanischen Verunreinigungen auf eine definierte Seite des Gerinnes ist es möglich, die Verunreinigungen in einem Becken aufzufangen und von dort einer gezielten Entsorgung zuzuführen.

Dieses Becken muß sich nicht notwendigerweise in direkter Nähe des Wasserrades befinden, sondern zum Abtransport des aus dem Gerinne gefilterten Treibgutes kann ein Teil der Flüssigkeit des Gerinnes abgezweigt und zum Transport des Treibgutes in das Auffangbecken verwendet werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das gesamte Wasserrad zur Durchführung von Wartungsarbeiten sowie zum Schutz bei Vereisung des Gerinnes komplett aus dem Wasser fahrbar. Dies wird dadurch erreicht, daß die Lagerplatte (28), die zur Aufnahme der Lagerung dient, beidseitig in einer einfachen Flachführung, die in Form eines U-Profiles ausgestaltet ist, geführt wird. Um den Fertigungsaufwand wiederum möglichst gering zu halten, werden zur Abstützung der Flachführungen genormte T-Profilträger (7) verwendet, die nur geringfügig nach bearbeitet werden müssen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Herausfahren des Wasserrades aus dem Gerinne ebenfalls ohne motorischen Antrieb möglich. Dazu sind auf beiden Ufern des Gerinnes Vorrichtungen mit mechanischen Getrieben installiert. Die Kraft, die zum Herausfahren des Wasserrades notwendig ist, kann von je einer Person auf jeder Seite des Ufers mittels Muskelkraft aufgebracht werden. Dazu ist die Montage einer aufsteckbaren Kurbel, die einen definierten Hebelarm aufweist, in ergonomisch optimaler Höhe vorgesehen. Die von den Personen aufzubringende Kraft (zusammen ca. 80 N) wird mittels Kurbel übersetzt und in ein Schneckenradgetriebe mit unten liegender Schnecke geleitet. Mit dieser Getriebeausprägung sind die gewünschten großen Übersetzungs­ verhältnisse erzielbar. Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen ist das Schneckenradgetriebe, das sich ebenfalls auf einer ergonomisch idealen Arbeitshöhe befindet, in einfachen L-Profilen gelagert, die so zueinander angeordnet sind, daß sich die beiden L-Profile zu einem Rechteckprofil ergänzen (Fig. 9). Die Lagerung von Schneckenwelle und Schneckenrad erfolgt in Wälzlagern, die in den senkrecht angeordneten L-Profilen befestigt sind. Zur Aufnahme der auftretenden Axialkräfte dient bei der Schnecken­ welle ein Schrägkugellager. Weiterhin kann ein Ritzel (17) des Schnecken­ radgetriebes auf der als Profilwelle ausgestalteten Ritzelwelle (27) über Schaltgabel (16), Schaltwelle (32) und Schalthebel (33) manuell aus dem Eingriff mit der Zahnstange (9) gefahren werden, um ein Blockieren der Lagerplatte zu verhindern.

Die Umwandlung der rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung, die zum Heben des Wasserrades notwendig ist, erfolgt mittels einer Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung. Die Zahnstange (9) ist dabei fest mit der Lagerplatte (28) verbunden und auf Höhe des Schneckenradgetriebes in einer einfachen, nicht nachstellbaren Flachführung gelagert. Dies Art der Führung wurde gewählt, um die Fertigungskosten weiterhin günstig zu gestalten. Die Genauigkeitsanforderung an diese Lagerung ist sehr gering.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Gewichtsentlastung des gesamten Wasserrades über symmetrisch unter der Lagerplatte angebrachte Druckfedern. Dadurch wird erreicht, daß sich das Wasserrad selbsttätig innerhalb der in Form eines U-Profils gestalteten Flachführung nach oben drücken bzw. nach rutschen kann, um beispielsweise auf dem Boden des Gerinnes mitgeführten Steinen oder Geröll ausweichen zu können.

Zusammenfassend ist festzuhalten, daß mit dieser Erfindung ohne Verwendung eines Motors das Betreiben eines beweglichen Rechens möglich ist.

Claims (18)

1. Einrichtung zur Reinigung von Flüssen, Kanälen und dergleichen von mitgeführten groben physischen Verunreinigungen mittels eines ausschließlich durch die Strömungsenergie des fließenden Gewässers angetriebenen beweglichen Rechens, der über gitterförmige Schaufeln die Verunreinigungen aus dem Gewässer herausfiltert und in ein separates Auffangbecken fördert, wobei
der Rechen in Form eines unterschlächtigen, in Strömungsrichtung ange­ brachten Wasserrades ausgestaltet ist (Fig. 1-4), dessen Schaufeln alle auf einer gemeinsamen Drehwelle (5) montiert sind und eine definierte Neigung zur Rotationsachse des Drehrechens in Richtung des Auffangbeckens aufweisen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion der Schaufelflächen des Drehrechens dem geometrischen Querschnitt des Gerinnes angepaßt ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des Drehrechens als ebene Bleche (1) gestaltet sind, an deren äußeren Enden ein rechtwinklig zur Schaufelfläche montierter, massiver, wasserundurchlässiger Kragen (2) montiert ist, der durch einen gitterförmigen, wasserdurchlässigen Kragen (3) verlängert ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelblätter von Aufnahmeträgern (4) gehalten sind, die als gerade L-Profile ausgestaltet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserundurchlässige Kragen (2) und der wasserdurchlässige Kragen (3) entsprechend dem Durchmesser des Wasserrades radial gekrümmt ausgeführt sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwelle (5) als massive Welle ohne Absätze und Einstiche ausgebildet ist, die auf beiden Seiten des Gerinnes in einem wartungsarmen Fest- und Loslager gelagert ist (Fig. 5-6).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerplatten (6) zur Aufnahme der Aufnahmeträger (4) direkt auf die Drehwelle (5) geschweißt sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wartungsarme Lagerung der Drehwelle (5) durch eine Einmalschmierung, die durch eine verschleißfreie Labyrinth-Dichtung (12) zum Wasserrad hin abgedichtet ist, sichergestellt ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Drehwelle (5) als Wälzlagerung in Form einer Pendelrollenlagerung (35) ausgeführt wird, um einen Winkelversatz zwischen den beiden Lagerstellen zu gewährleisten.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstellung der Schaufeln zur Rotationsachse des Rades dadurch erreicht wird, daß die Aufnahmeträger (4) der Schaufelblätter tangential zu einem definierten Durchmesser auf den beiden Trägerplatten (6) montiert sind und diese Trägerplatten wiederum direkt auf der Drehwelle (5) befestigt sind.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß sie derart ausgebildet ist, daß das Wasserrad zu Wartungsarbeiten oder zum Schutz bei Vereisung manuell aus dem Gerinne gefahren werden kann (Fig. 7-9).

12. Einrichtung nach Anspruch 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagerplatte (28), die zur Aufnahme der Pen­ delrollenlager (35) dient, beidseitig in einem U-Profil (8) geführt ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung der als U-Profile (8) gestalteten Führung einfache T-Profile (7) verwendet sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Zahnstange (9), die fest mit einem Lagerdeckel (10) und der Lagerplatte (28) verbunden ist, die Lagerplatte (28) in den U-Profilen (8) bewegbar ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zum Bewegen der Lagerplatte (28) und somit zum Herausfahren des gesamten Wasserrades manuell über eine Kurbel aufbringbar ist, die auf einen Vierkant einer Schneckenwelle (26) aufsteckbar ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die manuell aufzubringende Kraft zum Herausfahren des Wasserrades über ein Schneckenradgetriebe (17, 20, 21, 22, 23, 27,) das in einfachen L- Profilen gelagert ist (18, 19), übersetzt ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ritzel (17) des Schneckenradgetriebes auf der als Profilwelle ausgestalteten Ritzelwelle (27) über eine Schaltgabel (16), Schaltwelle (32) und Schalthebel (33) manuell aus dem Eingriff mit der Zahnstange (9) nehmbar ist, um somit zu gewährleisten, daß die Selbst­ hemmung des Schneckentriebs die Beweglichkeit der Lagerplatte in der Führung verhindert.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserrad über eine auf Druckfedern basierende Aufnahme (29, 36, 60, 49) der Lagerplatte (28) gehalten ist, um zu erreichen, daß bei auf dem Grund des Gerinnes mitgeführtem Gestein oder Geröll das Wasserrad nicht verklemmt, sondern sich selbsttätig der neuen Situation anpaßt, indem die Lagerplatte entlang den U-Profilen (6) nach oben ausweichen kann, wobei das Geröll das Wasserrad passieren kann und dann die Lagerplatte durch das Eigengewicht der Vorrichtung wieder in die Ausgangsposition drückbar ist.