DE301975C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, mit welcher die Kammern einer Schleusentreppe ohne Verbrauch von Wässer gefüllt und geleert werden.

Ein altes, vielfach angewendetes Mittel, hohe Gefalle zu überwinden, ist die Schleusentreppe, d. i. die stufenförmige Aneinander- - reihung von Einzelschleusen. Diese· werden entweder unmittelbar miteinander verkuppelt,

ίο oder zwischen den einzelnen Schleusen liegen Wasserhaltungen, in welchen die Schiffe kreuzen. Die Schleusentreppe ohne Zwischenhaltung oder die Kuppelschleuse hat für den Betrieb den Vorteil, daß die Ausfahrt aus der einen Kammer gleichzeitig die Einfahrt in die zweite Kammer bedeutet. Mehr Zeit jedoch als hierdurch gewonnen wird, geht wieder verloren, wenn ein Kahn die ganze Treppe durchfahren muß* bevor ein anderer in entgegengesetzter Richtung durch dieselbe Schleusentreppe befördert werden kann. Die zeitraubende Kreuzung wird bei Doppelanlagen mit getrennten Fahrten zu Berg und zu Tal vermieden. Diese Trennung ist aber für gewöhnlich nicht möglich, weil für jede Schiffsbeförderung die Kammer ' sowohl geleert wie gefüllt werden muß, wodurch sich der Wasserverbrauch verdoppelt.

Mit Anwendung der neuen Vorrichtung werden die Nachteile der unmittelbar gekuppelten Schleusentreppe beseitigt; dabei wird für das Schleusen nur die geringe Wassermenge verbraucht, die zum Betrieb der Vorrichtung selbst erforderlich ist, wogegen das Füllen und Leeren der Schleusenkammern ohne Wasserverbrauch erfolgt.

Schleusen ohne Wasserverbrauch sind bekannt, doch haben sie wegen der umfangreichen Hilfsbauten und der geringen Gefällhöhe keinen praktischen Wert erlangt. Die neue Schleusentreppe ohne Wasserverbrauch will dagegen sehr hohe Gefalle überwinden, wobei ein möglichst günstiges Verhältnis zwischen Hilfsbau und Nutzbau erreicht werden soll.

Die Fig. 1 und 2 der Zeichnung dienen zur Erläuterung und stellen schematische Aufrisse einer nach Art einer Wasserwage gebildeten Doppelanlage dar, während in den Fig. 3 bis 5 die Anwendung der Wasserwage zum Betriebe einer zweistufigen Doppelschleusentreppe dargestellt ist. Hierbei zeigt Fig. 3 die Schleusentreppe im Grundriß, Fig. 4 im Längsschnitt nach Linie C-D, Fig. 5 im Querschnitt nacti Linie E-F der Fig. 3.

Nach den Fig. 1 und 2 hängt an einer über die Räder w geführten Kette das ausgewogene Schwimmerpaar A-A', welches in dem mit Wasser gefüllten Behälter B auf und nieder geht. Der unveränderlich bleibende Wasserspiegel s des Behälters B liegt in halber Höhe der in Fig. 1 gleich hoch stehenden Schwimmer, während nach Fig. 2 der. Rand des tiefstehenden und der Boden des hochstehenden Schwimmers sich in Höhe des Wasserspiegels s befinden. Jeder Schwimmer ist wagerecht in zwei gleich hcie Wasserkammern c' und d' bzw. e' und f geteilt. Diese beweglichen Kammern stehen durch Rohre, die in den Fig. 1 und 2 der Übersicht wegen nicht dargestellt sind, mit je einer seitlich liegenden feststehenden, Kammer c, d, e, f,

und zwar c' mit c, d' mit d, e' mit e, und f mit f in Verbindung. Die Schwimmerkammern haben den gleichen Inhalt und die gleiche Höhe wie die feststehenden Kammern.

Nach Fig. ι liegen die in Verbindung stehen- j den Kammern in gleicher Höhe, während nach I Fig. 2 die Böden der beiden Kammern des hochstehenden Schwimmers mit den Oberkanten der zugehörigen Kammern e und f, und

ίο umgekehrt die Oberkanten der Kammern des tiefstehenden Schwimmers mit den Böden der zugehörigen Kammern c und d die gleiche Höhenlage haben. Die Hubhöhe der Schwimmer ist demnach doppelt so groß wie eine Kammerhöhe. Die Schwimmerkammern stehen mit der Außenluft in Verbindung, die unteren Kammern d' und f durch die Luftrohre t.

Die Wage befindet sich im Gleichgewicht, wenn bei gleich hochstehenden Schwimmern (Fig. 1) die Kammern sämtlich zur Hälfte mit Wasser gefüllt sind. Die Belastung des Schwimmers entspricht alsdann seinem Auftrieb, weil zweimal die halbe Kammerfüllung gleich der Wassermenge ist, die durch den zur Hälfte in B eintauchenden Schwimmer verdrängt wird. Das Gleichgewicht besteht aber auch dann, wenn einer der Schwimmer (Fig. 2) ganz gesenkt und der andere ganz gehoben ist; denn der tiefstehende Schwimmer hat beim Senken in seinen beiden Kammern c' und d' aus den Kammern c und d eine so große Wassermenge aufgenommen, wie er durch sein tieferes Eintauchen in B verdrängt, wogegen der hochstehende Schwimmer aus seinen beiden Kammern β' und f alles" Wasser an die Kammern e und f abgegeben hat, wenn er kein Wasser mehr verdrängt. Demzufolge ist das Gesamtgewicht des Schwimmers mit den beiden gefüllten Kammern gleich dem Gesamtgewicht des leeren Schwimmers.

So wie das Schwimmerpaar A₁A' in den Stellungen nach Fig. 1 und 2 sich im Gleichgewicht befindet, ist auch in jeder anderen Stellung der Wage deren Gleichgewicht vorhanden. Dies ist dadurch bedingt, daß die Hubhöhe doppelt so hoch ist wie die Kammerhöhe und der Wasserinhalt einer Kammer sich auf die feststehende und die Bewegliche Kammer verteilt. Infolgedessen steigt oder fällt der Wasserspiegel in den zwei übereinanderliegenden Kammern um je eine halbe Maßeinheit, wenn der Schwimmer um eine ganze Maßeinheit steigt oder fällt. Das Gleichgewicht ist allerdings nur theoretisch vorhanden. In Wirklichkeit ist wegen der Wandstärken der Schwimmer der Auftrieb etwas größer als die Belastung, und zwar ist dieser Unterschied am größten bei dem eingetauchten, gefüllten Schwimmer; infolgedessen ist dessen Gesamtgewicht in Wirklichkeit geringer als das des hochstehenden Schwimmers. Um diesen Unterschied je nach dem Stand des Schwimmers auszugleichen, besitzt das Rad w, dessen halber Umfang gleich der Hubhöhe ist, am Rande ein Regelgewicht q, das bei gleich hochstehenden Schwimmern (Fig.'i) senkrecht über der Radachse steht, also keine Seite der Wage belastet. Bei Drehung des Rades fällt das Gewicht nach der Seite des tiefgehenden Schwimmers und belastet diese Seite der Wage je nach der Größe des Hebelarmes. Die Belastung ist am größten, wenn, wie in Fig. 2, das Regelgewicht wagerecht seitlich der Radachse steht.

Das Gleichgewicht der Wage wird durch besondere Be- oder Entlastung der einen oder anderen Seite gestört. Wird z. B. aus der Schwimmerkammer e' (Fig. 1) etwas Wasser entnommen, so verringert sich das Gesamtgewicht des Schwimmers A' und hat sein Aufsteigen zur Folge. Hierdurch wird die Wassermenge aus den Kammern e' und f an die Kammern e und f abgegeben, und zwar so lange, bis ihr Stand nach Fig. 2 erreicht ist. 85 * Gleichzeitig fällt infolge seines Eigengewichtes der Schwimmer A und das Wasser aus den Kammern c und d tritt vollständig in die Schwimmerkammern d und d' über. . 'Wird nun das der Kammer e entnommene Betriebwasser dieser wieder zugeführt, und eine gleiche Menge Betriebwasser der Schwimmerkammer c' entnommen, so tritt eine Bewegung der Schwimmer mit der bekannten Wirkung nach der entgegengesetzten Richtung ein.

Der Zweck 'der Wage ist, durch das Steigen und Fallen der Schwimmer die feststehenden Kammern im Wechselspiel zu füllen und zu leeren. Bei Anwendung der Wage für Schleusentreppen stellen die feststehenden Kammern die Schleusenkammern dar und hieraus ergibt sich ihr Füllen und Leeren ohne Wasserverbrauch.

Der Höhenunterschied zwischen dem tiefsten Wasserstand der Kammern d und f und dem höchsten Wasserstand der Kammern c und e ist die Nutzhöhe der Schleusentreppe. Das Schleusen erfolgt demnach gleichzeitig in zwei Stufen. Eine Beförderung der Schiffe von Kammer f nach e und von d nach c no würde eine Doppelschleusentreppe mit Zwischenhaltungen erfordern. Diese sind entbehrlich, wenn die Kammer f mit c und die Kammer d mit e gekuppelt wird.

Nach der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten doppelten, zweistufigen Schleusentreppe sind dementsprechend die vier Schleusenkammern, im Gegensatz zu der schematischen Darstellung der Wage, so zueinander gebaut, daß die obere Schleusenkammer c der einen Treppe und die untere Schleusenkammer d der anderen Treppe mit dem Schwimmer A', dage-

gen die obere Schleusenkammer e und die untere Schleusenkammer f mit dem Schwimmer A verbunden sind (Fig. 3). Durch die Überecklage der mit je einem Schwimmer verbundenen Kammern werden beim Betrieb der Wage die Wasserspiegel der zwei Schleusenkammern der einen Treppe auf gleiche Höhe (Mittelwasser) gebracht, während bei der anderen Treppe die obere Schleusenkammer den Wasserspiegel der oberen Kanalhaltung und die untere Schleusenkammer den der unteren Kanalhaltung .erreicht.

Nach Fig. 3 ist der zur Aufnahme des Schwimmerpaares dienende Behälter zweiteilig, je für einen Schwimmer seitlich der Schleusen- - kammern angelegt. Die beiden Teile stehen durch den unter dem Kopfende der oberen Schleusenkammern liegenden Kanal K in Verbindung (Fig. 3 und 4). In dieser Anordnung ist die Rohrverbindung die einfachste. Von den oberen Schleusenkammern c und β führt je ein Rohr R zum Mittelpunkte des an betreffender Seite liegenden Behälterteiles des Schwimmers, während" die Rohrverbindungen ζ der unteren linken Schleusenkammer f zu dem rechtsseitig gelegenen Behälterteü und die Rohrverbindung der. unteren rechten Schleusenkammer d zu dem linksseitig gelegenen Behälterteil führen (Fig. 3).

Das Füllen und Leeren der Schwimmerkammern soll diese möglichst gleichmäßig be- oder entlasten.' Die obere Kammer hat aus diesem Grunde nur eine in der Mitte gelegene Rohrverbindung R (Fig. 5)_; die untere Kammer ist dagegen durch zwei Rohre ζ verbunden, welche achsial zueinander nahe der Wandung liegen. Das in der Mitte eines jeden Behälterteiles senkrecht stehende Rohr R ist so hoch wie die Hubhöhe; die beiden kleineren Rohre ζ für die unteren Kammern sind in ihrem feststehenden Teile nur halb so hoch (Fig. 5).

Den in dem Behälter stehenden Rohren entsprechend, hat jeder Schwimmer in der Mitte eine von dem unteren bis zum mittleren Boden reichende Rohrbuchse, außerdem seitlich zwei Bodenöffnungen, mit nach unten gerichteten Rohrstutzen. Das mittlere Rohr ist gegen die Rohrbuchse mit einem Dichtungsring abgedichtet, so daß der Schwimmer in der ganzen Hubhöhe von dem mittleren feststehenden Rohr geführt wird. Die beiden seitlichen Verbindungen für die unteren Kammern sind dagegen Schieberohre, die zwei Dichtungsringe erfordern und infolgedessen eine gewisse Beweglichkeit besitzen. Hierdurch ist ein Klemmen der drei Rohrverbindungen nicht zu befürchten. Sollte aber die Erfahrung nach dieser Richtung hin mehr fordern, so kann auch das mittlere Rohr R, anstatt feststehend, hängend angebracht werden und unten mit einer elastischen Verbindungsmuffe versehen werden.

An Stelle eines größeren Schwimmerpaares können beliebig viele kleinere gewählt werden, welche zusammen den Inhalt der zugehörigen Schleusenkammern besitzen. Auch ist in der Lage der Schwimmer und der Behälter zu den Schleusenkammern ein großer Spielraum gegeben.

Der Schleusenbetrieb ist folgender:
Die Treppe mit den Kammern f und c (Fig. 3) ist für die Bergfahrt, die mit den Kammern β und d für die Talfahrt der Schiffe bestimmt. Von der Annahme ausgehend, daß sich ein Schiff vor der bis zum Unterwasser geleerten Kammer f, ein zweites Schiff in der bis zum Oberwasser gefüllten Kammer c und ein drittes Schiff in der bis zum Mittelwasser geleerten Kammer e befindet, fahren diese drei Schiffe gleichzeitig aus oder ein, und zwar das erste vom Unterwasser nach der Kammer f, das zweite von der Kammer c nach der oberen Kanalhaltung, und das dritte von der Kammer e zur Kammer d, welche ebenso wie die Kammer e bis zum Mittelwasser gefüllt ist. Nachdem die "Schiffe in die Kammern f und d eingefahren sind, und das andere Schiff die Schleusenanlage verlassen hat, wird das Obertor der Kammer c und die Untertöre der Kammern e und f geschlossen. Durch zeitweiliges öffnen des Ventils V^s (Fig. 3) läuft etwas Betriebwasser aus der Schleusenkammer e und somit auch aus der mit dieser verbundenen Schwimmerkammer e' in die untere Kanalhaltung. Hierdurch ist der Schwimmer A leichter, als der Schwimmer A'. Dieser sinkt, das Wasser aus den Schleusenkammern c und d aufnehmend, während der erstere steigt, indem er die Schleusenkammern β und f füllt. Die Kammer f füllt sich bis zum Mittelwasser und erreicht somit den Wasserspiegel der geleerten Kammer c; der Wasserspiegel der Kammer d sinkt bis zur unteren Kanalhaltung, während der Wasserspiegel der Kammer e das Oberwasser nicht vollständig erreicht. Es fehlen, an der Höhe etwa 5 bis 10 cm infolge des dieser Kammer entnommenen Betriebwassers. Durch zeitweiliges öffnen des Ventils F¹ fließt das fehlende Wasser aus der oberen Kanalhaltung in die Kammer e, so daß das Obertor dieser Kammer zum Einfahren eines Schiffes geöffnet werden kann. Mit öffnen dieses Tores werden gleichzeitig das Untertor der Kammer d zum Ausfahren des Schiffes aus Kammer d in die untere Kanalhaltung und das Untertor der Kammer c- zum Einfahren des Schiffes aus der Kammer f in die Kammer c geöffnet. Nach Schließen der genannten Tore wird das in der Kammer c befindliche Schiff gehoben und das in der Kammer e gesenkt,

nachdem das Ventil F² zum Ablassen des Betriebwassers aus der Kammer c geöffnet wurde. Durch das Ventil V wird der Kammer c das ihr entnommene Betriebwasser wieder zugeführt, wodurch die Ein- und Ausfahrt von e nach d, von der unteren Kanalhaltung nach f und von c nach der. oberen Kanalhaltung wieder frei ist.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Vorrichtung zum Füllen und Leeren von Schleusenkammern ohne Wasserverbrauch, gekennzeichnet durch mindestens zwei gleich große und gleich hohe, in verschiedenen Stufen einer Schleusentreppe liegende Kammern (d-c oder f-e), von denen die untere (d oder f) mit der unteren [äf oder f) und die obere (c oder e) mit der oberen Kammer (c' oder e') eines aus mindestens zwei übereinanderliegenden Kammern bestehenden Schwimmers (A oder A') verbunden ist, wobei die Schwimmerkammern (d'-c' bzw. f-e') den gleichen Inhalt und die gleiche Höhe der Schleusenkammern (d-c bzw. f-e) besitzen, und der Schwimmer sich in einer Hubhöhe gleich der doppelten Kammerhöhe so ab- und aufbewegt, daß er im Fallen von seinem höchsten bis tiefsten Stand das Wasser der gefüllten Schleusenkammern aufnimmt, während er im Steigen das aufgenommene Wasser wieder an diese abgibt.
2. 2. Zweistufige Doppelschleusentreppe mit der in Anspruch 1 gekennzeichneten Füllvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Behälter (B) mit unveränderlichem Wasserstand (s) jeder Schwimmer eines gekuppelten Schwimmerpaares in jeder Stellung um eine ganze Maßeinheit eintaucht, wenn in seinen beiden Kammern, je eine halbe Maßeinheit Wasserfüllung vorhanden ist.
3. 3. Zweistufige Doppelschleusentreppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je die obere Schleusenkammer (c oder e) der einen Treppe und die untere Kammer (d bzw. f) der anderen Treppe mit je einem Schwimmer (A bzw. A') verbunden sind, wodurch bei jeder Schleusentreppe, beim Pendeln des gekuppelten Schwimmerpaares, im Wechselspiel der Wasserspiegel der bis zum Mittelwasser geleerten oberen Schleusenkammer (c oder e) mit dem Wasserspiegel der bis zum Mittelwasser gefüllten unteren Schleusenkammer (f bzw. d) in gleiche Höhe gebracht wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.