DE3817444A1 - Schwimmergesteuerte regelvorrichtung zur veraenderung des durchflussquerschnittes der auslaufoeffnung eines fluessigkeitsbehaelters, insbesondere eines regenrueckhaltebeckens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schwimmergesteuerte Regelvorrichtung zur Veränderung des Durchflußquerschnitts der Auslauföffnung eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Regenrückhaltebeckens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Mischwasserkanälen werden zur Verminderung des Zulaufs zur Kläranlage bei Regen und zur Speicherung oder auch zur Klärung des Regenabflusses vor Einleitung des Regenwassers in den Vorfluter Regenentlastungen angeordnet. Zu den Regenentlastungen gehören neben einfachen Regenüberläufen vor allem Regenrückhaltebecken, Regenüberlaufbecken bzw. Kanalstauräume mit Entlastung und Regenwasserklärbecken. Regenrückhaltebecken beispielsweise speichern die großen Wassermengen, die bei starken Regenfällen plötzlich abfließen und geben sie langsam und gedrosselt wieder ab.

Ein besonderes Problem bei Bau und Betrieb solcher Regenentlastungen liegt in der Abflußbegrenzung, für die verschiedene Arten von Drosselanlagen bekannt sind. Durch diese Drosselanlagen muß gewährleistet werden, daß auch bei starken Regenfällen der Wasserabfluß möglichst konstant bleibt. Da Regenüberlaufbecken sich bei starken Regenereignissen innerhalb weniger Minuten bis zum Überlaufen füllen können, müssen alle Drosselanlagen eine Reaktionszeit haben, die wesentlich kürzer ist als die Füllzeit des Stauraumes.

Außerdem müssen solche Drosselanlagen auch in der Lage sein, grobe und gröbste Schmutzstoffe störungsfrei abzuführen, also unter schwersten Bedingungen zu arbeiten. Ein Versagen der Drosselanlage führt in jedem Fall zu einer Funktionsverschlechterung der Regenwasserentlastung, sei es, daß durch Verstopfen ein zu kleiner oder durch Klemmen eines Verschlusses ein zu großer Abfluß eintritt.

Drosselanlagen dieser Art sollen möglichst selbsttätig und wartungsfrei arbeiten. So gibt es neben den klassischen Drosseleinrichtungen, wie Drosselstrecke, Steckschieber usw. neuerdings eine Reihe von elektrisch und hydraulisch-mechanisch arbeitenden Drosselorganen. Letztere werden meist im Rückhaltebecken selbst vor der Auslauföffnung angeordnet. Die Bewegung des Drosselorgans, z.B. einer Drosselblende oder eines Drosselschiebers, wird in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels durch einen Schwimmer gesteuert, der mittels Übertragungselementen mit dem Drosselorgan bewegungsschlüssig verbunden ist. Diese Bauart hat zwar den Vorteil eines kompakten Aufbaus und einer unmittelbaren Einwirkung auf den Ausflußquerschnitt; es besteht aber das Problem, daß die Drosselanlage im Betrieb unter Wasser arbeitet, also Verschmutzungen und Korrosionserscheinungen stark ausgesetzt ist und daß Verstopfungen der Auslauföffnung nicht oder nur mit großen Anstrengungen beseitigt werden können.

Bei einem bekannten Abflußmengenregler dieser Art besteht das Drosselorgan aus einer Blende, die vor die Auslauföffnung schwenkbar ist (EP-OS 01 32 775). Die Drosselblende wird durch einen Schwimmer betätigt, der über einen Schwimmerarm mit einer oberen, um eine gemeinsame ortsfeste Drehachse drehbar gelagerten Scheibe drehfest verbunden ist. Die Scheibe ist ihrerseits mittels Seilen mit einer unteren, um eine ortsfeste Drehachse drehbar gelagerten Scheibe bewegungsschlüssig verbunden, an welcher die Blende drehfest angebracht ist. Da die Bewegung des Schwimmerarms unmittelbar als Drehbewegung auf die Drosselblende übertragen wird, erfordert diese Bauart für unterschiedliche Beckengrößen mit unterschiedlichen Füllhöhen unterschiedliche Längen des Schwimmerarmes. Wenn auch die wesentlichen bewegten Teile verkapselt sind, so arbeitet die gesamte Vorrichtung doch unter Wasser, ist also generell der Verschmutzung und Korrosion anheim gegeben. Eine selbsttätige Beseitigung von Verstopfungen ist nicht möglich.

Bei einem anderen bekannten Abflußmengenregler wird die Bewegung des Schwimmerarmes bei Veränderungen des Wasserspiegels über eine mit ihm verbundene Steuerscheibe mit einer Steuerkurve auf die Führungsstange eines in vertikaler Richtung vor die Auslauföffnung bewegbaren Drosselschiebers übertragen (DE-OS 32 40 902). Auch hier können die Steuer- und Führungselemente zwar mit Abdeckungen zum Schutz gegen mechanische Angriffe versehen werden, wodurch aber nicht das Wasser als solches ferngehalten wird. Verstopfungen werden ebenfalls nicht selbsttätig beseitigt.

Die beachtliche Investition, die ein Regenrückhaltebecken darstellt, wird erst durch seine einwandfreie Funktion gerechtfertigt. Ein wichtiger Faktor ist dabei die Einhaltung des festgelegten Nennabflusses. Wesentliche Grundbedingungen für die Funktion einer Drosselanlage sind deshalb die Güte der Abflußcharakteristik, also die Gleichförmigkeit der Abflußmenge über schwankende Wasserstände im Oberwasser sowie ihre Funktionstüchtigkeit, möglichst ohne die Gefahr von Verstopfungen.

Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, eine schwimmergesteuerte Regelvorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, die auch bei wechselnden Wasserständen einwandfrei funktioniert und eine gleichmäßige Abflußcharakteristik besitzt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Grundlage des Funktionsprinzips der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist das Gesetz von Boyle-Mariotte, daß bei konstanter Temperatur das Volumen einer eingeschlossenen Gasmenge deren Druck umgekehrt proportional ist. Dadurch, daß der Schwimmer nach der Erfindung in einem lediglich an seiner Unterseite offenen gasgefüllten Gehäuse, einer Art Glocke, angeordnet ist, führt der Wasserspiegel, durch den er Vertikalbewegungen unterworfen ist, nur Schwankungen aus, die nach dem Gesetz von Boyle-Mariotte den Wasserspiegelschwankungen im Behälter zwar direkt proportional, aber wesentlich geringer sind als diese. Jedem Wasserspiegel im Behälter kann somit ein exakt bestimmbarer Wasserspiegel in dem Gehäuse zugeordnet werden. Dadurch können beliebig hohe Wasserstände ohne aufwendige Schwimmerkonstruktionen unmittelbar erfaßt und als Regelgröße weitergegeben werden.

Grundsätzlich ist diese Art der Regelgrößenerfassung auf alle Bauarten von Drosselanlagen anwendbar, sei es auf hydraulisch-mechanische oder auf magnetisch-induktive Abflußsteuerung bzw. -regelung. Es ist gleichgültig, ob die Bewegung des Schwimmers mittels entsprechender Übertragungselemente unmittelbar mechanisch auf das Drosselorgan übertragen oder beispielsweise als elektrisches Signal an ein Meldeorgan einer Zentrale weitergegeben wird, die danach das Drosselorgan steuert.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß, wenn das erfindungsgemäße Prinzip der Regelgrößenerfassung auf hydraulisch-mechanischem Wege unmittelbar zur Steuerung des Drosselorgans verwendet wird, die für die Steuerung wesentlichen Übertragungselemente in dem abgeschlossenen Luftraum innerhalb des Gehäuses untergebracht werden können, also durch das Schmutzwasser nicht benetzt werden.

Die Ausbildung einer Drosselanlage nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eröffnet auch die Möglichkeit einer selbsttätigen Reinigung bei Verstopfungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Frontansicht einer Regelvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht bei Trockenwetterabfluß,

Fig. 3 eine Seitenansicht bei gefülltem Becken und

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch den Drosselschieber entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

In den Fig. 1 und 2 sind von dem Regenrückhaltebecken, in das ablaufseitig die erfindungsgemäße Regelvorrichtung eingebaut wird, nur die Beckenstirnwand 1 und der Beckenboden 2 mit dem zur Auslauföffnung 3 führenden Gerinne angedeutet.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung umfaßt zunächst eine Grundplatte 4, in der die Auslauföffnung 3 gebildet ist und die an der Beckenstirnwand 1 befestigt wird. An der Grundplatte 4 ist ein Schiebergehäuse 5 befestigt, das etwa rohrförmig mit rechteckigem Grundriß (Fig. 4) ausgebildet ist. Das Schiebergehäuse 5 dient in seinem unteren Bereich als Führung für den Drosselschieber 6 und ist in seinem oberen Bereich als Verdrängungskörper 7 ausgebildet. Im Bereich des Verdrängungskörpers 7 befindet sich eine zentrale Durchbrechung 8 für ein Hängeglied 9, an dem der Drosselschieber 6 freihängend aufgehängt ist.

Am Schiebergehäuse 5 ist ein geknickter Lagerarm 10 befestigt, der an seinem oberen Ende ein Lager 11 für einen Abtasthebel 12 aufweist. Der Abtasthebel 12 ist winkelförmig mit zwei Armen ausgebildet; am Ende des einen oberen Armes 13 ist das Hängeglied 9 befestigt, am Ende des anderen unteren Armes 14 befindet sich ein Kulissenstein 15. Etwa im Scheitel des durch die beiden Hebelarme 13 und 14 gebildeten Winkels befindet sich der Drehpunkt 16 des Abtasthebels 12 im Lager 11.

Ebenfalls am Schiebergehäuse 5 ist eine Führungskonsole 17 zur Führung des Schwimmers 18 befestigt. Auf den Schwimmer 18 ist ein Kulissenblech 19 aufgesetzt, in dem sich ein Führungsschlitz 20 befindet. Der Führungsschlitz 20 dient als Führung für den Kulissenstein 15 und somit als Steuerkurve für die Betätigung des Drosselschiebers 6 in Abhängigkeit von der Vertikalbewegung des Schwimmers 18. Das Kulissenblech 19 kann leicht ausgewechselt und so die Steuerkurve zur Anpassung an unterschiedliche Abflußkriterien geändert werden.

Auf dem Schwimmer 18 befinden sich parallel zum Kulissenblech 19 und mit diesem durch einen Fußwinkel 21 und einen Kopfwinkel 22 verbunden, zwei Führungsstangen 23, die an Führungsrollen 24 abrollen, die an der Führungskonsole 17 drehbar befestigt sind. Der Schwimmer 18 mit der Kulisse erfährt so eine leichtgängige vertikale Führung.

Über diese Teile der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist glockenartig ein Außengehäuse 25 gestülpt, das in der Zeichnung nur gestrichelt angedeutet ist. Das Außengehäuse 25 reicht etwa bis zur Oberkante der Auslauföffnung 3 herunter. Es bildet mit dem Schiebergehäuse 5 einen Schwimmerschacht 26, in dem der Schwimmer 18 bei wechselnden Wasserständen 27 kolbenartig bewegbar ist. Besonders vorteilhaft für die Funktion ist, wenn der Schwimmerschacht 26 vergleichsweise eng ist, während sich darüber der Luftraum 28 wieder weitet und, vergleichbar einem Druckkessel, ein verhältnismäßig großes Luftvolumen umfaßt. Je größer das Luftvolumen und je enger der Schwimmerschacht 26, desto größer ist der Weg, den der Schwimmer in vertikaler Richtung ausführt und desto genauer die funktionsgerechte Steuerung des Drosselschiebers 6.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Regelvorrichtung in Seitenansicht bei Trockenwetterabfluß. Die Abflußrichtung des Abwassers ist durch einen Pfeil 29 angedeutet. Bei einem Regenereignis steigt der Wasserspiegel 27 relativ schnell an, und zwar innerhalb des Gehäuses 25, also auch innerhalb des Schwimmerschachtes 26, gegen den Druck der im Hohlraum 28 eingeschlossenen Luft. Dies ist in Fig. 3 angegeben. Der Wasserspiegel 27′ innerhalb des Gehäuses 25 stellt sich dabei in direkter Abhängigkeit von dem Wasserspiegel 27′′ im Becken selbst ein.

Bei einem Ansteigen des Wasserspiegels 27′′ im Becken und somit auch des Wasserspiegels 27′ im Schwimmerschacht 26 wird der Schwimmer 18 nach oben bewegt. Dadurch gleitet der Kulissenstein 15 in dem Führungsschlitz 20 und bewirkt eine Schwenkbewegung des Abtasthebels 12 um den Drehpunkt 16. Dadurch wird der an dem Hängeglied 9, z.B. einem Seil, einer Kette oder dergleichen hängende Drosselschieber nach unten bewegt; er senkt sich so vor die Auslauföffnung 3 und verschließt diese in einem vorbestimmten Ausmaß. In dem in Fig. 3 dargestellten Betriebszustand hat der Drosselschieber 6 seine unterste Stellung erreicht. Der Abfluß in Richtung des Pfeiles 29 erfolgt unter entsprechend höherem Druck durch die Restöffnung 40.

Das Ausmaß der Abblendung der Ausflußöffnung 3 durch den Drosselschieber 6 wird durch die Form des Führungsschlitzes 20 bestimmt. Das Hängeglied 9 kann mit einer Einstellvorrichtung längenveränderlich gemacht werden, so daß die Durchflußleistung des Drosselschiebers 6 beliebig eingestellt werden kann.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einrichtung zur selbsttätigen Beseitigung von Verstopfungen kann anhand der Fig. 3 und 4 erläutert werden. Wie vor allem der Querschnitt der Fig. 4 zeigt, besteht der Drosselschieber 6 im wesentlichen aus einer Schieberplatte 30, auf die ein Schieberkörper 31 als Hohlkörper aufgesetzt ist. Der von dem Schieberkörper 31 umschlossene Hohlraum 32 dient dem Einbringen von Ballast zur Austarierung des Drosselschiebers 6.

Abflußseitig ist der Drosselschieber 6 an zwei Führungsleisten 33 längsbeweglich geführt. Die Führungsleisten 33 sind Teil des Schiebergehäuses 5. Zur Geringhaltung der Reibung sind Gleitpunkte 34 z.B. aus einem Sintermetall mit geringem Reibungskoeffizienten vorgesehen.

Ebenfalls abflußseitig ist an der Schieberplatte 30 zwischen den Gleitleisten 33 eine vertikale Durchgangsöffnung 35 gebildet, die eine Verbindung zwischen dem Innenraum 36 des Schiebergehäuses 5 und der Auslauföffnung 3 bildet. Die Durchgangsöffnung 35 kann am unteren Ende durch eine Verschlußklappe 37 verschlossen werden, die um ein Gelenk 38 frei beweglich schwenkbar am unteren Ende des Drosselschiebers 6 angebracht ist. Der Schieberkörper 32 ist an der Unterfläche außerdem in Richtung des Abflusses 29 abgeschrägt (39) ausgebildet.

In dem in Fig. 3 dargestellten Betriebszustand wird bei störungsfreiem Betrieb die Verschlußklappe 37 durch den dynamischen Auftrieb des Wasserstrahles 29 gegen die untere Öffnung der Durchgangsöffnung 35 gedrückt und diese damit verschlossen. Im Schiebergehäuse 5 herrscht so der gleiche statische Wasserdruck P ₂ wie im Becken P ₁.

Im Falle einer Verstopfung der Restöffnung 40 kann die selbsttätige Öffnung nach zwei Möglichkeiten funktionieren.

Zunächst sei angenommen, daß ein fester Körper an die schräge Unterkante 39 des Drosselschiebers 6 anstößt. Bei ausreichend großer Druckkraft auf diese schräge Fläche wird der - frei aufgehängte - Drosselschieber 6 infolge der vertikalen Komponente dieser Druckkraft etwas nach oben gedrückt, so daß der Störkörper durchtreten kann. Durch die freihängende Anordnung des Schiebers 6 und seine leichtgängige Führung läßt er sich relativ leicht nach oben bewegen, ohne daß dabei die jeweilige Stellung des Schwimmers 18 verändert wird; er nimmt sogleich nach der Störung seine der Stellung des Schwimmers 18 entsprechende Stellung wieder ein.

Wenn die Restöffnung 40 durch Fremdkörper verstopft wird, die keine Druckkraft auf die schräge Unterseite 39 des Drosselschiebers 6 ausüben, reicht der dynamische Auftrieb des Flüssigkeitsstrahles nicht mehr aus, um die Verschlußklappe 37 gegen den Wasserdruck P ₂ im Schiebergehäuse 5 zu halten. Der Wasserdruck P ₃ ist bei diesem Betriebszustand nahe Null, da durch die frei auslaufende Abflußleitung ein vollständiger Druckabbau erfolgt. In diesem Zustand kann sich die Verschlußklappe 37 infolge ihres Eigengewichtes um das Gelenk 38 nach unten drehen (gestrichelte Darstellung in Fig. 3). Dadurch findet über die Durchgangsöffnung 35 ein Druckausgleich zwischen P ₂ und P ₃ und damit eine kurzzeitige Druckentlastung der Oberseite des Schiebers 6 statt. Da auf der Unterseite des Drosselschiebers 6 weiterhin der Druck P ₁ lastet, wird der Drosselschieber 6 infolge dieser plötzlich auftretenden Druckdifferenz wie ein Kolben im Schiebergehäuse 5 nach oben gedrückt und so die Auslauföffnung 3 freigegeben. Auch in diesem Fall erfolgt die Öffnung ohne Veränderung der Stellung des Schwimmers 18. Nach Freigabe der Öffnung nimmt der Drosselschieber 6 allein aufgrund seines Gewichtes die durch den Schwimmer 18 und die Übertragungselemente vorgegebene Stellung wieder ein.

Diese Möglichkeit zur selbsttätigen Beseitigung von Verstopfungen ist selbstverständlich nicht an die beschriebene Ausgestaltung der Drosselanlage gebunden; sie ist grundsätzlich bei jedem in vertikaler Richtung bewegbaren, frei aufgehängten Drosselschieber, auch bei einem handbetätigten, anwendbar.

Claims (14)

1. Schwimmergesteuerte Regelvorrichtung zur Veränderung des Durchflußquerschnittes der Auslauföffnung eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Regenrückhaltebeckens in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels mit einem über die Auslauföffnung führbaren und mittels Übertragungselementen mit einem Schwimmer bewegungsschlüssig verbundenen Drosselorgan, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (18) in einem lediglich an seiner Unterseite offenen gasgefüllten Gehäuse (25) angeordnet ist, in dem sich der Flüssigkeitsspiegel (27) in Abhängigkeit von dem durch den der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Behälter entsprechenden Druck bestimmten Volumen des eingeschlossenen Gases einstellt.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (25) sowohl den Schwimmer (18), als auch die Übertragungselemente und zumindest teilweise das Drosselorgan umschließt.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (18) in vertikaler Richtung an einer Führung (23, 24) längsbeweglich geführt ist.

4. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (18) mit einem eine Steuerkurve aufweisenden und mit den Übertragungselementen bewegungsschlüssig verbundenen Steuerorgan verbunden ist.

5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerorgan eine Kulissensteuerung mit einem Führungsschlitz (20) und einem darin geführten, auf die Übertragungselemente wirkenden Kulissenstein (15) vorgesehen ist.

6. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungselement ein winkelförmiger Hebel (12) vorgesehen ist, der um einen in seinem Scheitel (16) angeordneten festen Drehpunkt (11) schwenkbar ist und an dessen einem Hebelarm (14) der Kulissenstein (15) angeordnet sowie dessen anderer Hebelarm (13) mit dem Drosselorgan verbunden ist.

7. Regelvorrichtung insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Drosselorgan ein in vertikaler Richtung in einer Führung bewegbarer Schieber (6) vorgesehen ist.

8. Regelvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (6) durch ein Hängeglied (9) an dem Übertragungselement zugfest aufgehängt ist.

9. Regelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hängeglied (9) längenverstellbar ist.

10. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (6) an seiner der Auslauföffnung (3) zugewandten Seite eine in vertikaler Richtung verlaufende Durchgangsöffnung (35) aufweist, die am unteren Ende durch eine gelenkig am Schieber befestigte, durch den Flüssigkeitsstrom bewegbare Verschlußklappe (37) verschließbar ist.

11. Regelvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (6) in einer rohrförmigen Führung (36) in vertikaler Richtung geführt ist.

12. Regelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Führung in ihrem oberen Bereich als Verdrängungskörper (7) ausgebildet ist.

13. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (6) als Hohlkörper ausgebildet und ballastierbar ist.

14. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (6) an seiner Unterseite in Fließrichtung der Flüssigkeit abgeschrägt (39) ausgebildet ist.