DE3124132C2

DE3124132C2 - Vorrichtung zur Zuflußsteuerung

Info

Publication number: DE3124132C2
Application number: DE19813124132
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Dr.-Ing. 6990 Bad Mergentheim Brombach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1983-07-07
Also published as: GB2102543B; DE3124132A1; GB2102543A

Abstract

Bei dem Verfahren und bei der Vorrichtung zum Regeln des Zuflusses in einen Behälter bzw. zur Regelung des Wasserstandes in dem Behälter wird eine Verschlußplatte (21) in einer zusammengesetzten Bewegung aus einer Stellung, in der die Öffnung des Zuflußrohres (13) vollständig freigegeben ist, auf dem kürzesten Weg in die Verschlußstellung bewegt. Diese Bewegung wird dadurch erreicht, daß der Klappenarm (20), der an seinem Ende die Verschlußplatte (21) trägt, mit seinem anderen Ende schwenkbar an einem zweiarmigen Hebel angelenkt ist, der seinerseits um eine Hauptachse (14) schwenkbar gelagert ist. An dem zweiarmigen Hebel sind ein Schwimmer (16) und am anderen Ende ein Gegengewicht (19) befestigt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Schwimmer (16) ein flüssiger Ballast vorhanden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des ZuP.usses in einen bzw. zur Regelung des Wasserstandes in einem Behälter, mit einem an einem um eine ortsfeste Achse schwenkbaren Hebelarm angebrachten Schwimmer und einem mit diesem verbundenen, schwenkbar gelagerten Verschlußelement zum Verschließen einer Zuflußöffnung. Vorrichtungen dieser Art finden in der Wasserwirtschaft Verwendung.

Es ist bereits bekannt an dem Ende eines Zuflußrohres eine Verschlußplatte anzulenken, die mit einem Gestänge verbunden ist an dessen anderem Ende ein flacher Schwimmer angelenkt ist Bei steigendem Wasserstand wird der Schwimmer angehoben, so daß er über das Gestänge die Verschlußplatte schließt (DE-PS 26 14 731).

Bei dieser Anordnung werden zwei relativ große Schwimmer benötigt um die zum Verschließen nötige Kraft aufzubringen. Die Achse der Verschlußplatte liegt dabei unterhalb des Wasserspiegeis, ο daß es leicht zu Verschmutzungen kommen kann.

Ebenfalls bekannt ist es (DE-OS 28 45 086), eine Verschlußplatte am Ende einer Stange anzuordnen, die mit Hilfe von vier zweiarmigen Hebeln mit einem großen Schwimmer verbunden ist Bei Anheben des Schwimmers wird die Stange aufgrund ihrer Parallelführung senkrecht nach unten verschoben, wobei jedoch die Verschlußplatte sich unter einem Winkel von etwa 45° dem Rohrende nähert Es werden hier große Kräfte benötigt

Es ist ebenfalls bekannt (DE-OS 29 27 894), eine Verschlußklappe vor einer öffnung anzulenken, deren freies, bewegbares Ende am einen Ende eines Winkelhebels angelenkt ist, dessen anderes Ende mit einem Schwimmer gehaltert ist Dabei liegen sämtliche Anlenkpunkte und Hebel unterhalb der Wasseroberfläche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und störsicher aufgebaut ist bei der die Gefahr von Verschmutzungen möglichst gering gehalten wird und die eine möglichst flache Kennlinie aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, bei der Schwimmer starr mit dem Hebelarm verbunden und das Verschlußelement um eine Hilfsachse schwenkbar an dem Hebelarm gelagert ist, wobei die Achsen oberhalb des höchsten Unterwasserstandes angeordnet sind. Mit

Hilfe dieser von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung läßt sich eine zusammengesetzte Bewegung des Verschlußelementes erreichen, die zunächst beispielsweise durch die Bewegung des Schwimmerhebels durchgeführt wird, während anschließend eine gleichzeitige Bewegung des Verschlußelementes um die Hilfsachse und des Schwimmerhebels um die Hauptachse erfolgt Daher ist es möglich, die Vorrichtung derart auszubilden, daß das Verschlußelement zwischen der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung einen möglichst geringen Weg zurücklegt, so daß die zur Verfugung stehenden Kräfte möglichst gut ausgenützt werden. Durch die Anordnung der Achsen oberhalb des höchsten Unterwasserstandes wird die Verschmutzungs- und Abnutzungsgefahr der Achsen weitgehend beseitigt

[n weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die Bewegung des Verschlußelementes gegenüber dem Schwimmer und/oder die Bewegung des Schwimmers mindestens einseitig durch Anschläge begrenzt ist Damit kann erreicht werden, daß während eines Teils der Bewegung beispielsweise keine zusammengesetzte Bewegung erfolgt Mit Vorteil ist der Anschlag zur Begrenzung der geöffneten Stellung vorgesehen.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß das Verschlußelement am Ende eines KJappenarms angeordnet ist, wobei die Mittelsenkrechte seiner Fläche im wesentlichen durch die Hauptachse verläuft Durch die Länge des Klappenarms läßt sich erreichen, daß die von dem Verschlußelement allein durchgeführte Schwenkbewegung einer geradlinigen Bewegung möglichst nahe kommt

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Schwimmerhebel zweiarmig ist, wobei an dem anderen Ende des Hebels ein r> Gegengewicht angeordnet ist Dieses Gegengewicht kann zur Verstärkung der von dem System aufzubringenden Kräfte verwendet werden.

Um eine besonders leichte Herstellbarkeit und eine gute Führung des Schwimmers zu gewährleisten, wird w von der Erfindung vorgeschlagen, daß der Schwimmerhebel von zwei parallel zueinander verlaufenden Hebelblechen gebildet ist

Das Gegengewicht ist mit Vorteil derart angeordnet, daß es in geöffnetem Zustand ein positives Öffnungsmo- 4 i ment erzeugt Dieses positive Öffnungsmoment ermöglicht es, daß tuch bei schwergehenden: Lager oder bei verschmutztem Klappenarm das Verschlußelement zuverlässig geöffnet wird, was es wiederum ermöglicht mit einfachen Lagern auszukommen. v>

Zur Verstärkung dieses ps^itiven öffnens ist vorgesehen, daß bei geschlossenem Verschlußelement die flachen Seiten des Schwimmers etwa parallel zur Wasseroberfläche verlaufen. Bei dieser Stellung des Schwimmers besitzt dieser seinen maximalen Auftrieb.

Die Erfindung sieht ebenfalls vor, daß in geschlossenem Zustand die Verbindungslinie zwischen der Hauptachse und der Hilfsachse etwa senkrecht zur Verbindungslinie zwischen der Hauptachse und dem Verschlußelementmittelpunkt verläuft Dies bedeutet jedoch, daß im geschlossenen Zustand die maximale von dem Gegengewicht und dem Auftrieb des Schwimmers zur Verfügung gestellte Kraft auf das Verschlußelement einwirkt, so daß auch bei großem Wasserdruck zuverlässig ein Verschließen der Zuflußöffnung ermöglicht wird.

Um ein besonders festes Verschließen der Zuflußöffnung auch bei hohem Widerdruck zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, daß die Länge des Schwimmerhebelarms groß ist gegenüber dem Abstand zwischen der Haupt- und der Hilfsachse,

Der Schwimmer weist nach einem weiteren Merkmal einen langgestreckten ovalen Querschnitt auf. Die langgestreckte Form erzeugt in geschlossenem Zustand einen großen Auftrieb, Die ovale Abrundung ermöglicht im Zusammenhang mit einem weiteren Merkmal, wonach nämlich im Schwimmer eine relativ kleine Menge Flüssigkeit vorhanden ist, eine Art Verlagerung des Gesamtschwerpunkts des Schwimmers. In geöffnetem Zustand liegt die ovale Abrundung an der Hinterseite des Schwimmers, so daß sich der flüssige Ballast in diesem Teil versammelt Beim Schließen des Verschlußelementes wird der Schwimmer ja gedreht, so daß der flüssige Ballast aus dem abgerundeten Teil in den vorderen, d. h. näher bei der Hauptachse liegenden Teil wandert Es findet also eine Art von Schwerpunktverlagerung zur Hauptachse hin statt

In Weiterbildung ist vorgesehen, daß im geöffneten Zustand das Gegengewicht auf der pichen Seite der Hauptachse wie der Schwimmer und ir. geschlossenem Zustand auf der anderen Seite angeordnet ist Dies bedeutet ebenfalls eine Verstärkung der Schließkraft und gleichzeitig eine Verstärkung der Öffnungskraft des Schwimmers.

Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß das Verschlußelement mindestens in seiner unteren Hälfte eine der Zuflußöffnung angepaßte Umfangslinie aufweist Wenn die Zuflußöffnung ein schräg abgeschnittenes Rohrende ist und daher eine elliptische Fläche aufweist besitzt nach diesem Merkmal das Verschlußelement ebenfalls mindestens in seiner unteren Hälfte einen elliptischen Umfang. Daher ist es möglich, im ersten Teil der Schließbewegung den Scheitelpunkt des Verschlußelements durch die Fläche des Rohrendes hindurchzubewegen. Nach dem Abschluß der Schwenkbewegung steht das VerschHußelement in möglichst engem Abstand vom Ende des Rohres. Für die anschließende geradlinige Bewegung des Verschlußelements senkrecht zur Fläche des Rohrtades muß dann nur ein ganz geringer Weg zurückgelegt werden.

Im geöffneten Zustand liegt die flache Unterseite des Schwimmers schräg in Strömungsrichtung von oben nach unien im Bereich des aus der Öffnung fließenden Wassers. Daher trifft bei Beginn der Füllung des Behälters der Wasserstrahl die Unterseite des Schwimmers. Der Staudruck des Wasserstrahls sorgt dafür, daß der Schwimmer mit Sicherheit angehoben wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schemaf.ische Seitenansicht de/ von der Erfindung vorgeschlagenen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1, F i g. 3 bis 5 schematische Darstellungen der Anordnung nach Fi g. 1 bei ,erschiedenen Wasserständen.

Fig. I zeigt einen Längsschnitt durch einen Behälter 11, der unterhalb einer Sperrstelle 12 angeordnet is», und in den ein Zuflußrohr 13 einmündet

Um eine Hauptachse 14 schwenkbar gelagert sind zwei Hebelbleche 15, von denen in Fig. 1 nur das eine zu sehen ist. An dei in Fig. 1 unteren Seite der Hebelbleche 15 ist ein Schwimmer 16 starr befestigt, der im Querschnitt die Form eines langgestreckten Ovals

aufweist, dessen flache, gerade Seiten 17,18 etwa unter einem Winkel von 45° gegenüber der Horizontalen verlaufen.

Am jeweils anderen Ende der Hebelbleche 15 ist ein Gegengewicht 19 angeordnet, das sich zwischen den beiden Hebelblechen 15 erstreckt. Bei der in Fig. I dargestellten geöffneten Stellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt das Gegengewicht 19 auf der rechten Seite der Hauptachse 14, d. h. auf der gleichen Seite, auf der auch der Schwimmer 16 angeordnet ist

Schwenkbar an den Hebelblechen 15 gelagert ist ein Klappenarm 20, an dessen freiem Ende eine Verschlußplatte 21 befestigt ist. Die Mittelsenkrechte auf der Verschlußplatte verläuft etwa durch die Hauptachse 14. Zur Versteifung der Platte ist ein Stützblech 22 vorgesehen. Die Anlenkung des Klappenarms 20 an den Hebelblechen 15 erfolgt mit einer Hilfsachse 30, die in der Fig. 1 als kleiner Kreis angedeutet ist. Der Klappenarm 20 besitzt einen Ausleger 23, uei sich ίϋ der in Fig. 1 dargestellten Stellung auf dem Schwimmer 16 aufstützt.

Der Klappenarm 20 besitzt eine Nase 24, die die Verschlußplatte 21 etwas überragt.

Das vordere Ende des Zuflußrohres 13 besitzt auf seiner Oberseite einen Verschlußanschlag 25, der mit der Nase 24 an dem Klappenarm 20 zusammenwirkt.

Rechts von dem Schwimmer 16 ist mit Hilfe der Linie 26 der Unterwasserstand angedeutet, der mit Hilfe der Verschlußeinrichtung eingeregelt werden soll.

In F i g. 2 ist die Form des Behäl^rs 11 zu sehen, der an seiner Auslaßseite eine Verengung mit einer eingesetzten Blende 27 besitzt.

In den Fig.3 bis 5 ist die Arbeitsweise der von der Erfindung vorgeschlagenen Vorrichtung zu sehen. Fig. 3 zeigt die Vorrichtung in vollständig geöffnetem Zustand. Hier liegt der Klappenarm 20 an einem Anschlag 28 an, der nur schematisch dargestellt ist. Das Gegengewicht 19 ist ebenso wie der Schwimmer 16 auf der rechten Seite der Hauptachse 14 angeordnet, so daß beide ein positives Öffnungsmoment erzeugen.

Es ist ebenfalls zu sehen, daß in dem unteren abgerundeten Teil 29 des Schwimmers 16 ein flüssiger Ballast angeordnet ist. Die Weiterdrehung der Hebelbleche 15 zusammen mit dem Gegengewicht 19 und dem Schwimmer 16 wird durch das Anliegen des Schwimmers 16 an den Ausleger 23 des Klappenarmes 20 verhindert.

Steigt nun das Wasser gegenüber dem Wasserstand in F i g. 3 an, so bewirkt das Anheben des Schwimmers 16 eine Drehung der Hebelbleche 15 um die Hauptachse 14, wobei der Klappenarm 20 aufgrund seines Gewichtes weiterhin mit seinem Ausleger 23 an dem Schwimmer 16 anliegt, bis seine Nase 24 an dem Verschlußanschlag 25 des Zuflußrohres 13 anschlägt Die Bewegung, die zwischen dem Zustand nach F i g. 3 und dem nach Fig.4 durchgeführt wird, ist eine Schwenkbewegung um die Achse 14, wobei aufgrund der relativ großen Länge des Kiappenarms 20 diese Schwenkbewegung einer geradlinigen Bewegung angenähert ist Der in F i g. 4 dargestellte Abstand zwischen der Verschlußplatte 21, die mit einer Gummidichtung 31 belegt ist und der Fläche 32 der öffnung des Zuflußrohres ist dadurch bestimmt, daß die Verschlußplatte 21 am Zuflußrohr 13 ohne Berührung vorbeigelangen muß.

Bei weiterem Ansteigen des Wasserstandes wird der > Schwimmer 16 weiter angehoben, wobei nunmehr der flüssige Ballast 33 sich langsam zur linken Seite des Schwimmers 16 hin bewegt. Der Klappenarm 20 mit seiner Nase 24 setzt an dem Verschlußanschlag 25 auf, so daß bei Weiterdrehung der Hebelbleche 15 nunmehr ein relatives Verschwenken des Klappenarmes 20 um die Hilfsachse 30 und eine Drehung der Hilfsachse 30 um die Hauptachst 14 in Richtung zur öffnung erfolgt. Diese zusammengesetzte Bewegung ist eine fast geradlinige Bewegung senkrecht zur Fläche 32. In

¹' diesem Stadium bewegt sich das Gegengewicht 19 auf die andere Seite der Hauptachse 14, so daß die Schließkraft sich weiter verstärkt.

Bei der von der Erfindung vorgeschlagenen Vorrichtung wird ui£ YcfSCinüupiäiiC *■ SiSG ZüHaCuSt Ct'A'S Ίΐ\

-'" Richtung d'jr Fläche des Endes des Zuflußrohres Π auf kürzestem Wege vor diese öffnung bewegt, wobei sie in geringem Abstand vor dieser öffnung anlangt. Anschließend wird aufgrund einer kniehebelartigen Übersetzung in einer zusammengesetzten Bewegung die

-¹^ Verschlußplatte 21 senkrecht zur Fläche 32 der öffnung des Zuflußrohres 13 bewegt, bis das Zuflußrohr 13 verschlossen ist. Die Kraft zum Schließen des Rohres wird no,, ii dadurch verstärkt, daß das Gegengewicht 19 auf die andere Seite der Hauptachse 14 gelangt, während gleichzeitig der flüssige Ballast 33 sich in dem Schwimmer 16 ebenfalls in Richtung zur Hauptachse 14 hin bewegt.

Der Ansatz 23 ist so angeordnet, daß bei seinem Anliegen am Schwimmer 16 die Verbindungslinie von Hauptachse 14 zur Hilfsachse 30 etwa senkrecht zum Klappenarm 20 verläuft.

Die Verbindungslinie zwischen dem Schwimmermittelpunkt und der Hauptachse 14 schließt mit der Verbindungslinie zwischen dem Gegengewicht 19 und der Hauptachse 14 einen Winkel von 90 bis 180°, vorzugsweise von 120 bis 150°, ein. Dabei liegt die Hilfsachse 30 vorzugsweise in Verlängerung des Schwimmerhebelarmes. Die Längsrichtung des Schwimmerouerschnitts verläuft unter einem Winkel von 30 bis 60°, vorzugsweise von 45° gegenüber dem Schwimmerhebelarm.

Das Längenverhältnis von Abstand Hauptachse zu Hilfsachse zur Länge des Schwimmerhebelarmes beträgt 1:5 bis 1:20, vorzugsweise 1:10. Das Längenverhältnis Klappenarm zu Abstand Hauptachse zu Hilfsachse liegt im Bereich von 5:1 bis M ·. 1. vorzugsweise im 3ereich von 10 :1 bis 20 : 1.

Das Volumen des flüssigen Ballastes ist kleiner als ein Drittel des Schwimmervolumens, vorzugsweise kleiner als ein Fünftel, insbesondere ist es 10% des Schwimmervolumens.

Als Zufluß kann nicht nur ein Rohr dienen, sondern

beispielsweise eine öffnung in einer Platte, und statt der Verschlußplatte kann auch ein Verschlußelement verwendet werden, beispielsweise eine Kugel oder ein Rotationsellipsoid.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

U Vorrichtung zur Steuerung des Zuflusses in einen bzw. zur Regelung des Wasserstandes in einem Behälter (Jl), mit einem an einem um eine ortsfeste Achse (14) schwenkbaren Hebelarm angebrachten Schwimmer (16) und einem mit diesem verbundenen, schwenkbar gelagerten Verschlußelement zum Verschließen einer ZufluBöffnung, da- durch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (16) starr mit dem Hebelarm verbunden und das Verschlußelement um eine Hilfsachse (30) schwenkbar an dem Hebelarm gelagert ist, wobei die Achsen (14,30) oberhalb des höchsten Unterwasserstandes (26) angeordnet sind
2. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Verschlußelementes gegenüber dem Schwimmer (16) und/oder die Bewegungen Schwimmers (16) mindestens einseitig durch Anschläge (28,25) begrenzt ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement am Ende eines Klappenarms (20) angeordnet ist, wobei die Mittelsenkrechte auf seiner Verschlußfläche etwa durch die Achse (14) verläuft
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmerhebel zweiarmig ist wobei an dem anderen Ende ein Gegengewicht (19) angeordnet ist
5. Vorrichtvng nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Schwimmerhebel von zwei parallel zueinander verlaufenden Hebelblechen (15) gebildet ist
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß bei geöffnetem Verschlußelement das Gegengewicht (19) ein positives Öffnungsmoment erzeugt
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß bei geschlossenem Verschlußelement die flachen Seiten (17, 18) des Schwimmers (16) etwa parallel zur Wasseroberfläche verlaufen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Schließstellung die Verbindungslinie zwischen der Hauptachse (14) und der Hilfsachse (30) etwa senkrecht zur Verbindungslinie zwischen der Hauptachse (14) und dem Mittelpunkt des Verschlußelementes verläuft
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß der Abstand des Auftriebsschwerpunktes zur Hauptachse (14) groß ist gegenüber dem Abstand zwischen der Hauptachse (14) und der Hilfsachse (30).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß der Schwimmer (16) einen langgestreckten ovalen Querschnitt aufweist
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwimmer (16) eine relativ kleine Menge Flüssigkeit (33) vorhanden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis ti, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Verschlußelement das Gegengewicht (19) auf der gleichen Seite der Hauptachse (14) wie der Schwimmer (16) und in geschlossenem Zustand auf der anderen Seite der Hauptachse (14) angeordnet
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement mindestens in seiner unteren Hälfte eine der Fläche (32) der Zuflußöffnung angepaßte Umfangslinie aufweist
14. Vorrichtung nach einem der'Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß im geöffneten Zustand die flache Unterseite (17) des Schwimmers (16) schräg gegen das aus der Zuflußöffnung fließende Wasser angestellt ist
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

14, dadurch gekennzeichnet daß das Verschlußelement eine Verschlußplatte (21) und/oder die Zuflußöffnung das Ende eines Zuflußrohres (13) ist