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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Speicher- und Spülvorrichtung für ein
zeitweise gefülltes Becken, insbesondere für ein Regenbecken, wobei die Vorrichtung
über dem Becken angeordnet ist, sich im wesentlichen über die Beckenbreite erstreckt
und die Beckensohle schwallartig durch einen einzelnen, kurzfristigen und starken
Wasserfluß beschickt.
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In zeitweise gefüllten Becken, z.B. in sogenannten Regenbecken, lagern
sich Sedimente auf der Sohle ab, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Es
ist beispielsweise aus der CH-PS 590 980 bekannt, hierfür eine sogenannte Spülkippe
zu benutzen. Diese Spülkippe ist oberhalb oder an einer Stirnwand des Beckens angeordnet
und derartig ausgebildet, daß sie bei Vollfüllung mit Wasser selbsttätig kippt und
ihren Inhalt in Form eines einzelnen, kurzfristigen starken Wasserflusses entleert.
Dieser Wasserfluß schießt schwallartig über die Sohle und schwemmt die Sedimente
mit sich fort. Die Spülwirkung des freien Schwalls ist auf kürzere Becken beschränkt,
weil sich die Frontwelle und der Schwall als Ganzes während des Fließens abflacht
und seine Spülkraft verliert.
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Die Ausgestaltung derartiger Spülkippen ist mit verschiedenen Schwierigkeiten
verbunden: In Abhängigkeit der geometrischen Größe der zu reinigenden Sohle müssen
zwischen 200 und 2000 Liter Wasser pro Meter Sohlbreite zur Verfügung gestellt werden
und die Spülkippen müssen deshalb entsprechend groß gestaltet sein. Das Kippen dauert
etwa 1 Sekunde und es treten wegen des stoßartigen Kippvorgangs Schläge und andere
mechanische Beanspruchungen an der Spülkippe und an ihren Lagern auf. Diese Beanspruchungen
müssen vom Bauwerk aufgefangen werden, was bei der häufig hängenden Bauweise der
Spülkippen und wegen der großen Massenkräfte bautechnisch besonders schwierig ist.
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Die für einen Spülvorgang in einem bestimmten Anwendungsfall benötigte
Spülmenge ist eine empirische Größe und hängt u.a. auch von den örtlich vorherrschenden
Sedimenten ab.
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Eine einmal vorgesehene Spülkippe kann nur mit dem für sie charakteristischen
Spülvolumen betrieben werden, da die geometrische Form festgelegt ist und der Kippvorgang
bei Erreichen des Nennvolumens eintritt. Es muß daher als nachteilig betrachtet
werden, daß in einer bestimmten Anlage keine Anpassung des Spülvolumens an die örtlichen
Erfordernisse möglich ist. Mit einer einmal eingebauten Spülkippe muß man daher
gegebenenfalls eine häufigere Spülung oder im entgegengesetzten Fall eine zu große
Spülwassermenge in Kauf nehmen.
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Bei größeren Beckenbreiten werden mehrere Spülkippen nebeneinander
angeordnet. Bei einem Becken mit einer nicht durch Vouten unterteilten Sohle muß
der Spülvorgang für alle Kippen gleichzeitig eingeleitet werden. Hierfür wurden
bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen, die jedoch einen erhöhten apparativen
Aufwand darstellen.
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Die Aufgabe der ERfindung besteht darin, eine Speicher- und Spülvorrichtung
mit den genannten Eigenschaften bautechnisch einfach und praktisch störungsfrei
auszubilden und die Nachteile der Spülkippen zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird durch die Verwendung eines Speichers und einer Heberleitung
mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.
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Erfinderische Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen genannt.
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Heber sind vor allem bei Speicherbecken oder dergleichen bekannt.
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Sie dienen im allgemeinen dem Hochwasserschutz und können große Wassermengen
bei Überschreiten eines Stauzieles ableiten. Gegenüber einem offenen Überfall hat
der Heber bekanntlich eine größere Leistungsfähigkeit, da nicht die Überfallhöhe,
sondern die Druckdifferenz zwischen Obe rwasse rspiegel und Austrittsöffnung des
Hebers maßgebend ist. Die im Heberscheitel befindliche Luft wird beim Anspringen
des Hebers allmählich mitgerissen, so daß im Vollbetrieb der ganze Heberquerschnitt
vom durchfließenden Wasser erfüllt und die Nennleistung erreicht werden kann. Die
Tatsache, daß der Anspringvorgang Minuten dauert, ist jedoch für den bestimmungsgemäßen
Heberbetrieb
ebenso unerheblich wie das Vorhandensein und die Wirkung des abgeleiteten Wassers
unterhalb des Hebers, welche mit den üblichen wasserbaulichen Maßnahmen berücksichtigt
werden, z.B. in Form einer Tosrinne, eines Tosbeckens und dergleichen.
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Heber sind auch als sogenannte Kanalspüler für solche Rohrleitungen
bekannt, in denen sich Ablagerungen durch häufigen Betrieb mit Teil füllung bilden.
Mit einem solchen KAnalspüler wird aus einem ausreichend großen Speicher über einen
ausreichend großen Zeitraum, z.B. zwei Minuten, Wasser in die Rohrleitung eingespeist,
welches schneller fließt, als es der sogenannten Schleppgeschwindigkeit entspricht.
Nach dem Stand der Technik sind hierbei die Größen des Kanalspülers und der zu spülenden
Rohrleitung von gleicher Größenordnung, so daß sich eine Füllung der Rohrleitung
ergibt und so daß bei einer nach dem Stand der Technik üblichen Geschwindigkeit
von 0.3 bis 1.3 m/s damit große Rohrlängen gleichzeitig und annähernd gleichartig
von der Spülströmung erfüllt sind. Diese Spülströmung in solchen Rohren entspricht
aber nur einer normalen Strömung in Rohrleitungen bei normaler ablagerungsfreier
Durchströmung.
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Da die erforderlichen Wassermengen sehr groß sind, ist die Anwendung
von diesen Kanalspülern auf kleine Rohrnennweiten beschränkt. Da ein relativ großer
Speicher vorhanden und da die Dauer des Anspringvorgangs bei Kanalspülern ohne besondere
Bedeutung ist, sind bei Kanalspülern keine besonderen Merkmale für die Erzeugung
eines einzelnen, kurzfristigen und starken Wasserflusses ausgebildet.
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Bei einem Heber nach der vorliegenden Erfindung wird durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung des Hebers ein einzelner, kurzfristiger, starker Wasserfluß erzeugt,
welcher die Verwendung eines kleinen Speichers erlaubt und die Schwallspülung der
Beckensohle bewirkt, zudem aber bautechnisch einfach und praktisch störungsfrei
ist. Die Wirkung des Hebers und seine Anordnung an der Oberwasserseite ist von untergeordneter
Bedeutung.
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Vorteilhaft bei dem Heber nach der Erfindung ist: es handelt sich
um eine einfach aufgebaute, festinstallierte Einrichtung, bei welcher mechanisch
bewegte Teile und die Kraft flüsse aus ihrer Bewegung entfallen. Für größere Beckenbreiten
und/oder größere Wasserflüsse können wahlweise entweder mehrere Einheiten und/oder
breitere Einheiten verwendet werden. Außerdem können die Heberscheitel bei der Montage
leicht gegenseitig ausgerichtet werden, so daß ein gleichzeitiges Anspringen der
Heber sichergestellt ist. Außerdem können das Volumen und die inneren hydraulischen
Anforderungen des Speichers sowie die Speisung des Speichers wesentlich einfacher
gestaltet werden.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht der Vorrichtung von der Beckenseite aus Fig. 2 einen schematischen
Längsschnitt durch den Speicher, die Vorrichtung und einen Teil des Beckens.
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Über dem Becken 1 mit seiner Beckensohle 13 ist ein Speicher 2 angeordnet,
welcher über eine Heberleitung mit einem aufsteigenden Leitungsstück 3, einem Scheitelstück
4 und einem absteigenden Leitungsstück 5 mit dem Becken 1 verbunden ist.
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Während das Becken 1 entsprechend seinem Verwendungszweck beliebig
betrieben und gefüllt wird, dient der Speicher 2 nur zur Verfügungstellung von Spülwasser.
Der Spülvorgang wird durch Füllung des Speichers 2 eingeleitet und läuft bei Erreichen
des Stauzieles im Speicher 2 automatisch ab.
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Damit der Speicher 2 und die Spülwassermenge klein gehalten werden
können, weist die Heberleitung gegenüber dem Speichervolumen eine große Förderleistung
auf, welche einerseits durch ihre hydraulische Anordnung und andererseits durch
das kurzfristige Anspringen gewährleistet ist.
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Das aufsteigende Leitungsstück 3 der Heberleitung reicht etwa von
der Sohle des Speichers 2 bis zu dem Scheitelstück 4 und ist vorzugsweise in Strömungsrichtung
düsenartig verjüngt gestaltet. Im Scheitelstück 4 besteht zwischen der inneren Wand
9 und der äußeren Wand 10 die Durchflußhöhe 8 mit einer Größe von 2 bis 8 cm. Auf
diese Weise wird erreicht, daß nur ein geringes Luftvolumen im Scheitelstück vorhanden
ist und beim Anspringvorgang verdrängt werden muß. Vorteilhafterweise ist der Krümmungsradius
der inneren Wand 9 des Scheitelstücks 4 ebenfalls sehr klein, das heißt mit 1 bis
8 cm vorgesehen, wodurch im Anspringvorgang der zunächst auftretende überfallartige
Fließzustand kürzestfristig in den Fließzustand der Vollfüllung übergeht. Das Scheitelstück
4 bildet eine Absprungnase und Gegenprallwand, wodurch ebenfalls der Anspringvorgang
verkürzt wird. An das Scheitelstück 4 schließt sich dann das absteigende Leitungsstück
5 der Heberleitung an, welches sich vorteilhafterweise in der Nähe der Beckensohle
13 in einem Krümmer 6 fortsetzt, so daß der Auslauf 7 etwa die Richtung der Beckensohle
13 aufweist. Hiermit werden die hydraulischen Verluste ideal verringert und der
Spülwasserschwall direkt in die gewünschte Richtung freigegeben. Dies bedeutet gegenüber
dem freifallenden Wasserkörper aus einer Spülkippe eine wesentlich bessere Ausnutzung
der potentiellen Energie des Speicherniveaus.
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Bei anderen Anordnungen, wenn beispielsweise auf derselben Beckenseite
sowohl die Spülvorrichtung als auch noch ein Beckenüberlauf angeordnet ist, kann
das absteigende Leitungsstück 5 nicht bis zur Nähe der Beckensohle 13 geführt werden,
sondern muß im weiteren Abstand davon enden. Hierbei ist eine Länge von mindestens
50 cm erforderlich, die das absteigende Leitungsstück 5 unter den Speicher 2 hinausragt.
Durch diese Maßnahme wird nicht nur der Ansaugdruck beim Anspringvorgang der Heberleitung
über das Maß der Wassertiefe im Speicher 2 hinaus erhöht, sondern es wird auch eine
völlige Entleerung des Speichers 2 zum Ende des Heberbetriebs erreicht.
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Um eine völlige Spülung der Beckensohle 13 über ihre ganze Beckenbreite
14 zu erreichen, muß die Heberleitung annähernd über die ganze Beckenbreite 14 reichen.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, die Heberleitung mindestens teilweise aus Teilstücken
15 zusammenzusetzen, wobei je nach Anwendungsfall die Scheitelstücke 4 und/oder
die absteigenden Leitungsstücke 5 aus Teilstücken 15 zusammengesetzt sind. Es kann
jedoch auch das aufsteigende Leitungsstück 3 in gleicher Weise aus Teilstücken 15
gebildet werden. Mit der Untergliederung der Heberleitung in Teilstücke 15 wird
vorteilhafterweise eine leichtere Herstellung, Montage und Ausrichtung erreicht.
Zusätzlich können die Verbindungsstellen als Versteifungen oder Stege dienen, welche
die großflächige Heberleitung gliedern und unterteilen. Weiterhin zusätzlich vorteilhaft
wird dadurch aber auch verhindert, daß beim Anspringen des Hebers innerhalb des
Scheitelstücks 4 eine unkontrollierte Flatterbewegung der ersten Überfallwelle entsteht
und einen geordneten Heberbetrieb durch unregelmäßiges Belüften verhindert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Heberleitung in eine
sehr große Zahl von Teilstücken 15 aufgegliedert, die einzeln einen rohrartigen
Körper darstellen und gegebenenfalls aus einer Schar von kleineren einzelnen Rohren
zusammengesetzt ist. Hierdurch gelingt es auf besonders einfache Weise, die gewünschten
kleinen geometrischen Abmessungen der Durchflußhöhe 8 und des Krümmungsradius der
inneren Wand 9 zu verwirklichen. Hierbei wiederum ist es besonders vorteilhaft,
die einzelnen rohrartigen Teilstücke 15 in ihrer horizontalen Lage mittels mindestens
einem horizontalen Bügel 11 zu fixieren. Hierdurch werden alle Teilstücke 15 exakt
in ihrer Höhenlage ausgerichtet, welche Tatsache für den Anspringvorgang des Hebers
entscheidend ist. Mit geeigneten Stellelementen 12, welche entweder an den Teilstücken
15 und/oder an dem oder den Bügeln 11 angebracht sind, kann die gewünschte horizontale
Lage bei der Montage leicht erreicht werden, besonders auch bei besonders breiten
Becken oder mehreren
Beckengruppen. Hierbei ist es ebenso vorteilhaft,
die Teilstücke 15 als Ganzes als Fertigbauteil auszubilden und vorteilhaft ist es,
die gesamte Heberleitung höhenverstellbar anzuordnen. Diese Höhenverstellbarkeit
geht über die Justierung der horizontalen Lage des Scheitelstücks 4 hinaus, weil
dadurch die aktive Größe des Speichers 2 und damit die verwendete Wassermenge verschieden
gewählt werden können. Da der Heber über annähernd die gesamte Beckenbreite 14 reicht,
ist es vorteilhaft, die Heberleitung als eine Wand des Speichers 2 selbst zu verwenden.
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Für die extrem ungewöhnliche hydraulische Anforderung an den erfindungsgemäßen
Heber ist es vorteilhaft, die Wandreibung der Heberleitung soweit wie möglich herabzusetzen
und hierfür mindestens die innere Wandung extrem glatt, z.B. durch die Verwendung
geeigneter Kunststoffe auszubilden. Dadurch werden die für diesen Fall besonders
schädlichen Wandreibungsverluste bei einer Verwendung von Wandungen aus Beton oder
Stahl oder dergleichen wesentlich verkleinert.
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Als besonderer Vorteil nach der Erfindungslehre ist anzusehen, daß
die Größe des Speichers 2 unabhängig von der Spülvorrichtung ist und auch nachträglich
in einem bestimmten ausgeführten Anwendungsfall verändert werden kann. Hierzu werden
im Speicher 2 herausnehmbare Körper 16 eingefügt und hierdurch das Speichervolumen
verringert. Die Körper 16 können vorteilhaft aus Leichtbauwerkstoffen bestehen und
können vorteilhaft so geformt sein, daß der Querschnitt des Speichers 2 im Bereich
des Scheitelstücks 4 der Heberleitung eingeschränkt ist. Hierdurch wird erreicht,
daß die Steiggeschwindigkeit des Wassers bei dem Füllvorgang des Speichers 2 im
oberen Teil des aufsteigenden Leitungstücks 3 und des Scheitelstücks 4 erhöht wird
und der Anspringvorgang beschleunigt wird.
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Liste der verwendeten Bezeichnungen 1 Becken 2 Speicher 3 aufsteigendes
Leitungsstück 4 Scheitelstück 5 absteigendes Leitungsstück 6 Krümmer 7 Auslauf 8
Durchflußhöhe 9 innere Wand 10 äußere Wand 11 Bügel 12 Stellelemente 13 Beckensohle
14 Beckenbreite 15 Teilstücke 16 Körper
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