Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung
des Durchflusses durch Kanäle, insbesondere Abwasserkanäle,
unter Veränderung einer Stauhöhe. Hierbei ist einbezogen, daß
bei Veränderung der Stauhöhe zugleich auch der Durchström
querschnitt verändert werden kann.
Der Abwasserkanal ist die bevorzugte Anwendung der Erfindung.
Solche Abwasserkanäle können als Freispiegelleitungen ange
sehen werden. Insofern bilden die Abwasserkanäle als ge
schlossene Bauwerke eine Besonderheit.
Bei einer Vollfüllung kann der Kanal die Merkmale einer
Druckwasserleitung annehmen. Spätestens hier beginnen die
Probleme. Bedingt durch in bestimmten Abständen angeordne
te, zur Oberfläche führende Schächte wirkt das Freispiegel
system wie ein undichtes Drucksystem mit allen negativen
Begleiterscheinungen. Die Schachtbauwerke von Kanalsohle bis
zur Straßendecke können aufgrund topographischer Situationen
unterschiedliche Höhen haben (3 bis<15 m) und somit einen
entsprechenden Druck auf den Abwasserkanal ausüben. Diese
Bedingungen fallen besonders ins Gewicht, wenn berücksichtigt
wird, daß ein sich füllender Abwasserkanal gewaltige Wasser
massen führen kann, deren Bewegungsenergie dort wirkt, wo
der höchste Widerstand vorliegt. Straßenaufbrüche, Bauwerk
schäden, Überflutung und vieles mehr können die Folgen sein.
Dieses Grenzverhalten mit den fatalen Auswirkungen muß daher
verhindert werden.
Zu berücksichtigen ist dabei, daß in topographisch ungünsti
gen Ballungsgebieten Abwassergefälle von 1:2000 keine Selten
heit sind.
Außerdem wird ein Abwassernetz innerhalb eines Tagesablaufs
von 24 Stunden unterschiedlich belastet. Abwasseranfallspit
zen schwanken je nach Wetterlage, Tageszeit und jahres
zeitbedingt. Hierbei kann ein sogenanntes stündliches Schluck
volumen eines Abwasserkanals bis zum Grenzwert oder darüber
hinaus belastet werden. Im übrigen wäre ein Klärwerk bei
hohem Abwassermengenanfall überfordert.
Aus diesem Grund sind kavernenähnliche Bauwerke als Rück
haltebecken mit hohem Fassungsvermögen als Puffer eingesetzt
worden, mit denen an das Klärwerk fließende Abwassermengen
im wesentlichen gleichgehalten werden können.
Rückhaltebecken haben aber den Nachteil, daß in ihnen ein
Stau entsteht und die im Abwasser enthaltenen Sedimente ab
lagern.
Neben hohen Baukosten und hohem Platzbedarf ist auch ein ho
her Wartungsaufwand erforderlich.
Unter diesen Gesichtspunkten entsteht das Problem, die Ab
wasserkanäle selbst als Rückhaltebecken in das Abflußsystem
einzubinden. Über Pegelmessungen und Steuerung von Absperr
organen, welche an bestimmte Orte plaziert wurden, kann dann
der Abwasserfluß zum Klärwerk gesteuert werden.
Ein Problem bilden dabei die Absperrorgane. Das Medium Ab
wasser mit seiner Schmutzfracht ist ein nicht definierbares
Gemenge. Besonders gilt dies für Inhaltsstoffe wie Fasern,
Steine, Plastik, kurz Gegenstände, die über Haushalte und
andere Einleiter in Abwasserkanäle gelangen. Führungen von
Schiebern oder Klappen, welche dem Abwasser ausgesetzt sind,
verschmutzen.
Die sich durch Fäulnis bildenden Gase in Verbund mit Feuchtig
keit führen in kurzer Zeit zu Korrosionsschäden an Werkstof
fen nahezu jeder Art. Das gilt nicht nur für metallische,
sondern auch für andere sogenannte korrosionsbeständige
Materialien, weil der elektrolytische Bereich in seiner Wir
kung einbezogen werden muß und insbesondere dort, wo unter
schiedliche Metalle in Kontakt kommen können.
Es war bisher nicht möglich, Regelarmaturen so zu konzipieren,
daß deren Funktion weitgehend allen Einflußgrößen betriebs
sicheren Widerstand über eine ausreichende Standzeit geben
konnte.
Nicht nur Korrosion im obigen Sinn ist zu berücksichtigen,
sondern auch das Zusetzen von Führungsteilen aufgrund der
Schmutzfracht im Abwasser, welche dazu noch unterschiedlich
sein kann.
Zu berücksichtigen ist dabei auch, daß früher eingesetzte
Wehrklappen oder Dammbalken nicht ausreichen, um eine moder
ne Abwassersteuerung durchzuführen, welche einen feinfühli
gen Steuereffekt der Abwassermassen im Abwasserkanal sicher
stellen soll.
Wenn Schieberbauwerke eingesetzt werden, ergeben sich zwei
Möglichkeiten: Einmal taucht das Schiebergesicht von oben
in das Medium ein und staut das Oberstromwasser auf. Zwangs
läufig entsteht ein Gefällepotential, welches mit dem
Schließvorgang zunimmt. Mit steigendem Druckhöhenpotential
nimmt zwangsläufig die Mengensteuerung ab - ein genau im
Gegensatz zur beabsichtigten Steuerung stehendes Verhalten.
Zum anderen könnte das Schiebergesicht von unten nach oben
bewegt werden. Dabei ist der Mengendurchsatz nicht von der
Stauhöhe, sondern vom Gefälle des anstehenden Pegels und
der Sperrkante des Schiebergesichtes abhängig. Nachteile
liegen aber darin, daß ein Staustoß nicht abgefedert werden
kann, und eine ständige Überflutung eine Wartung des Schie
bers nahezu unmöglich macht. In beiden Fällen liegt die
erwähnte Verrottung der Führungselemente bzw. deren Zusetzen
mit Verunreinigungen vor.
Wenn oben schon die Möglichkeit angegeben ist, das Abwasser
netz selbst als Rückhaltebecken auszunutzen dann läßt sich
das aus den angegebenen Gründen mit den bekannten Regel
armaturen nicht erreichen. Es kann aber davon ausgegangen
werden, daß das Fassungsvermögen eines Abwassernetzes zur
Massenaufnahme weitaus größer ist, als es mit insbesondere
nachträglich eingebauten Rückhaltebecken erreichbar wäre.
Dabei ist auch der zusätzliche Platz der Rückhaltebecken zu
beachten.
Oben ist bereits der Nachteil der Rückhaltebecken im Sinne
einer Sedimentierung angesprochen worden. Insofern ist die
Ausnutzung des Abwassernetzes, bezogen auf die erforderli
chen Schleppgeschwindigkeiten im Abwasserkanal, günstiger,
als dies jemals mit Rückhaltebecken erreichbar wäre.
Um nun aber das Problem im obigen Sinn lösen zu können, ist
ein zu jeder Zeit verfügbares Steuerorgan erforderlich, wel
ches auch bei zuverlässiger Betriebssicherheit erhebliche
Standzeiten hat.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor
richtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welche
ermöglicht, daß ein Abwasserkanalsystem unter Vermeidung
besonderer Rückhaltebecken zur gleichmäßigen Durchfluß
steuerung zwecks gleichmäßiger Beschickung eines Klärwerks
in so zuverlässiger Weise ausgestaltet wird, daß eine fein
fühlige Abwassersteuerung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein
Kanalabschnitt in einen im wesentlichen bogenförmigen Ver
lauf zwischen den sich anschließenden Abwasserkanalteilen
in der Höhe einstellbar ist.
Dieses stellt eine überraschende Lösung dar, weil dabei der
Kanal durchgängig bleibt, durch die Höhe des Zenits eines
bogenförmigen Verlaufs eine Stauhöhe gebildet wird, über
welche aber dann noch ein Durchgang möglich ist. Dieses
schafft insbesondere für eine Freispiegelleitung eben noch
eine Staumöglichkeit ohne absolute Absperrung und Unterbin
dung des Durchflusses. Diese Staumöglichkeit kann in Abhän
gigkeit vom anfallenden Abwassermengen, die an den Eingängen
des Kanalsystems gemessen werden können, ständig hergestellt
werden, wobei die Stauhöhe durch Bemessung des bogenförmigen
Verlaufs hinsichtlich seines Radius auch anpassungsfähig ist.
Damit wird eine Schwallflutsicherung erreicht, weil im Grenz
bereich zur Druckrohrleitung ein Überstau nicht eintreten
kann. Praktisch wird ein Drehbogenverschluß geschaffen, der
einstellbar ist, aber letzten Endes Sicherheitsventileigen
schaften hat, die einen sich aus der Wassermenge ergebenden
Staustoß nicht aufkommen lassen. Aufgrund der sich einstel
lenden Form wird das Fließverhalten der Abwasser weitgehend
nicht in Turbulenz versetzt. Erstmals wird erreicht, daß
Antriebe und Regeleinrichtungen außerhalb des Gas- und Naß
bereiches liegen.
Weiterhin - und dies ist besonders im Abwasserfluß zu be
rücksichtigen - ist die Gestaltung des Fließraumes ohne
scharfe Kanten bzw. frei von Einbauteilen im wasserführenden
Teil vorhanden.
Wenn von einem im wesentlichen bogenförmigen Verlauf die
Rede ist, versteht sich, daß ein solcher Verlauf in einer
Ausführungsform vorgegeben sein kann, in einer anderen Aus
führung aber einstellbar ist, wobei sich der Verlauf auch
mehr oder weniger einer umgekehrten V-Form annähern kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht ein bogenförmiger
Kanalabschnitt aus einem festwandigen Rohr. Damit bleibt
ein Durchflußquerschnitt immer erhalten. Der bogenförmige
Kanalabschnitt kann aus Rohrbögen bestehen.
Bei der Ausführung aus einem festwandigen Rohr liegt die be
vorzugte Ausgestaltung darin, daß der bogenförmige Kanal
abschnitt drehbar zwischen den Anschlußkanälen angeordnet
ist und mit einem Drehantrieb in Verbindung steht, durch
welchen die Bogenebene verstellbar ist. Hierbei sind alle
Steuermittel für die Stauhöhe außerhalb des Kanals und
außerhalb der Verrottungswirkung der Abwasser angeordnet,
so daß eine zuverlässige und langzeitig wirksame Einrich
tung geschaffen wird, welche den Abwassern praktisch keinen
Eingriff in Führungselemente bietet.
Bevorzugt wird dabei, daß der Drehantrieb ein Schneckengetrie
be ist, wobei das Schneckenrad axial mit dem bogenförmigen
Kanalabschnitt verbunden, z. B. verschweißt ist, und daß an
den Enden des Kanalabschnittes abgedichtete Drehlager zu den
sich anschließenden Abwasserkanälen angeordnet sind. Abgedich
tete Drehlager können in einfacher Weise ausgestaltet werden,
ohne daß sie von der Kanalinnenseite her belastet werden.
Hier sind sich überlappende Dichtungen entweder als Ringdich
tungen oder auch als Labyrinthdichtungen möglich. Die Schub
kräfte werden durch seitliche Anordnungen von Drucklagern am
Schneckengehäuse oder separat an der Drehachse aufgenommen.
In einer anderen bevorzugten Ausführung nach dem Hauptmerk
mal ist der Kanalabschnitt ein zwischen miteinander wenig
stens im wesentlichen fluchtenden Abwasserkanälen angeord
netes Schlauchstück aus insbesondere elastischem Weichmate
rial, und im mittleren Bereich des Schlauchstückes ist eine
dieses einfassende Stell- oder Hubeinrichtung mit einem Hub
antrieb vorgesehen, um das Schlauchstück gesteuert aus der
Achse der Abwasserkanäle auszuwölben. Dieses stellt eine be
sonders vorteilhafte Ausgestaltung deshalb dar, weil im un
ausgelenkten Zustand der Kanalabschnitt durchgehend verblei
ben kann und keine Umlenkung auch in der Ebene des Kanals
verursacht.
Die erwähnte Hubeinrichtung ist in einer zweckmäßigen Ausge
staltung eine druckmittelbetätigte, insbesondere hydraulische
Hubeinrichtung, die auf dem Boden einer Kammer abgestützt
ist, in welcher das Schlauchstück geführt ist. Hierbei kann
es sich um eine Zylinderkolbenanordnung mit einer wannenar
tigen Aufnahme des Kanalabschnittes handeln oder aber auch um
praktisch einen Druckbeutel, der unterhalb des Kanalabschnit
tes angeordnet und durch ein Strömungsmittel, gegebenenfalls
auch Druckluft, vorteilhaft durch ein hydraulisches Strömungs
mittel, aufweitbar ist. Die Schubkräfte, verursacht durch die
Stauhöhe, können durch einfache Widerlagerkonstruktionen auf
genommen werden.
Die Hubeinrichtungen sind in den verschiedensten bekannten
Varianten ausführbar, und zwar als Hubzylinder, Hubbälge,
mechanische Hubeinrichtungen etc.
Die Hubeinrichtungen bilden somit immer eine Höheneinstellung,
welche absolut die Stauhöhe bestimmt. Dabei wird bei einer
elastischen Ausführung des Kanalabschnittes in einer Ausfüh
rung auch der Durchgangsquerschnitt bei zunehmender Dehnung
geändert. Die im wesentlichen senkrechte Einstellung bildet
dabei eine im allgemeinen ausreichende Anpassung.
Einbezogen wird aber auch, daß die Hubeinrichtung verschwenk
bar am Boden der Kammer gelagert ist, um bei einer einge
stellten Auswölbung des Schlauchstückes die Höhe des aus
wölbbaren Kanalabschnittes durch zusätzliche Verschwenkung
einzustellen.
Hierdurch sind Anpassungen möglich. Der Vorteil eines der
artigen Stellgliedes ist, daß auf Drehlager und Abdichtungen
verzichtet werden kann.
Es versteht sich gemäß oben beschriebener Merkmale, daß
mit zunehmender Auswölbung des Schlauchstückes der Durch
gangsquerschnitt veränderbar ist, wobei bei größerer Aus
wölbung ein geringerer Querschnitt einstellbar ist.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht aber vor, daß
im Bereich der Hubeinrichtung das Schlauchstück wenigstens
mit einer Kausche versehen ist, die den Durchgangsquerschnitt
des aus elastischem Material bestehenden Schlauchstückes auf
rechterhält.
Eine Kausche kann unter zwei Gesichtspunkten angebracht wer
den. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind beiderseits
der Hubeinrichtung Kauschen an der Außenseite innerhalb ei
nes Hubrahmens an der Oberseite des Kanalabschnittes ange
ordnet, um diesen entsprechend einer unteren Abstützung an
der Hubeinrichtung proportional anzuheben. Dadurch wird
schon eine Querschnittsöffnung beibehalten.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung und Anspruchsfassungen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei
spielen erläutert, welche in der Zeichnung dargestellt sind.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, dargestellt in einem unterirdischen
Gehäuse, das mit einem Schacht zur Straßendecke
verbunden ist;
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung
einer anderen Ausführungsform der Erfindung
mit anderen und zusätzlichen Einrichtungen auch
in schematischer Darstellung, jedoch auch in
Teildarstellungen bezüglich verschiedener Aus
führungsformen.
In Fig. 1 ist ein Abwasserkanal erkennbar, dessen Teile 1
und 2 in ein unterirdisches Gehäuse 3 münden. Innerhalb des
Gehäuses 3 enden die Abwasserkanalteile 1 und 2 an Lagern
4, 5, die sowohl eine Lagerung bilden, als auch eine Abdich
tung herstellen. Solche Lagerungen sind insbesondere als
Gleitlager bekannt und handelsmäßig verfügbar.
Die Kanalteile 1 und 2 setzen sich durch die Lager 4, 5 fort.
Sie sind insbesondere vor oder innerhalb des Bereiches dieser
Lager mit Kanalanschlußstücken 6, 7 verbunden, welche einen
mit der Wandung der Kanalteile 1, 2 zusammengeschlossenen
muffenförmigen Ansatz 8, 9 und einen Flansch 10, 11 besitzen.
Dieser Flansch ist drehfest und abgedichtet verbunden mit
einem Gegenflansch 12, 13, welcher jeweils an einem Ende eines
bogenförmigen Kanalabschnitts 14 angeordnet ist.
Dieser bogenförmige Kanalabschnitt kann zwischen den Flanschen
12, 13 einteilig ausgeführt sein. Er besteht aber im Ausfüh
rungsbeispiel aus mehreren zusammengeflanschten Teilen 15,
16, 17. Hier können die Einzelteile so ausgeführt sein, daß
der im ganzen mit 14 bezeichnete bogenförmige Kanalabschnitt
aus solchen Teilen zusammengesetzt sein kann, wobei eben ver
schiedene Bemessungen leicht aufgenommen werden können, indem
beispielsweise auch noch andere, insbesondere zylindrische
Kanalabschnitte zwischen die Flanschverbindungen 18, 19 ge
setzt werden. Die Kanalanschlüsse 6, 7 sind in den Lagern
4, 5 abgedichtet gelagert, so daß eine Drehbarkeit zu den
Abwasserkanalteilen 1, 2 ohne Austrittsmöglichkeit vorhanden
ist. Der bogenförmige Kanalabschnitt 14 ist somit in den
Lagern 4, 5 drehbar gelagert. Axial zu den Lagern ausgerich
tet ist eine Antriebsvorrichtung 20 angeordnet. Diese be
steht vorteilhaft aus einem Schneckengetriebe mit Antriebs
wellen 21, 22, die in axialer Ausrichtung zu den Abwasser
kanalteilen 1, 2 verlaufen und bei 23, 24 mit dem bogenför
migen Abschnitt 14 verbunden sind. Das Schneckengetriebe 20
ist ein druckentlastetes Getriebe. Es enthält
Drucklager 25, 26. Solche Getriebe sind handelsmäßig verfüg
bar.
Einbezogen wird auch ein anderes Getriebe, zu welchem im
Sockel 27 ein Drucklager zur Druckaufnahme angeordnet ist.
Dadurch ist es möglich, die Kanalanschlußstücke 6,7 ohne
axiale Belastung in den Lagern 4, 5 zu führen, wobei die
Kanalanschlußstücke 6, 7 eine abgedichtete Verbindung zu den
Kanalteilen 1, 2 herstellt.
Das unterirdische Gehäuse 3 hat einen Einstiegsschacht 28,
welcher zugleich eine Belüftung darstellt.
Die Ausführung nach Fig. 2 ist insbesondere für Kanäle bei
bis DN 800 geeignet. Eine ausdrückliche Beschränkung wird
aber dazu nicht zum Ausdruck gebracht. In Fig. 2 ist ein unter
irdisches Gehäuse 3, auch als Schacht zu bezeichnen, darge
stellt. An ihm ist ein Einstiegsschacht 28 angeordnet. In
dem Schacht nach Fig. 2 münden entsprechend die Kanalteile
1 und 2. Sie sind durch eine Flanschverbindung 29, 30 mit
einem Kanalabschnitt 31 verbunden, der aus elastischem Weich
material besteht. 31 ist in der gestreckten Lage zwischen den
Kamalteilen 1 und 2 in gestrichelter Linie gezeigt. Die
Fig. 2 zeigt die ausgelenkte Stellung 31′, in welcher ein
bogenfömiger Verlauf im oberen Bereich der Kanalteile 1, 2
vorliegt. Dazu wird bemerkt, daß auch eine weitere Auswöl
bung insofern erreicht werden kann, als der ausgewölbte
Kanalabschnitt 31′ bis auf eine Höhe oberhalb der Verbin
dungslinie 32 entlang der Scheitel der Kanalteile 1, 2 ange
hoben werden kann. Diese Auswölbung ist durch die elastische
Ausführung des Kanalabschnitts 31 möglich.
Für die Herstellung ergeben sich mehrere Möglichkeiten.
Eine ist gezeigt dadurch, daß in dem Gehäuse 3 ein Bügel 33
angeordnet ist und an einem Querträger 34 dieses Bügels ein
Druckmittelantrieb 35 angeordnet ist, welcher über ein den
Kanalabschnitt 31 umfassendes Gestänge 36 mit einem Kopf
stück 37 zusammenwirkt, um dieses aus einer unteren Stellung
37′ in die obere Stellung 37 anzuheben.
Einbezogen wird dabei auch eine Ausführung dahingehend, daß
der Bügel 33 mit seinen senkrechten Streben 38, 39 in teles
kopischen Füßen 40, 41 angeordnet ist. Dadurch ist der obere
Teil anhebbar. In dieser abgewandelten Ausführung ist das
Kopfstück 37 auf einer Stell- oder Hubeimrichtung 42 abge
stützt, welche sowohl das Kopfstück anhebt, als auch in
dieser speziellen Ausführungsform den oberen Teil des Bügels
33. In diesem Falle entfallen die Verbindungsstreben 43, 44
und es sind statt dessen gestrichelt eingezeichnete Verbin
dungsstreben 45, 46 angeordnet.
Wenn der Bügel 33 und mit ihm der Querträger 34 angehoben
wird, wird einbezogen, daß an diesem Querträger Verbindungs
glieder 47, 48 zu Kauschen 49, 50 an der Oberseite des
Kanalabschnitts angeordnet sind, um auch diesen oberen Teil
entsprechend anzuheben, damit ein im wesentlichen gleich
bleibender Querschnitt aufrechterhalten wird.
Die Aufhängung an den Kauschen 49, 50 ist eine besondere
Ausgestaltung in Verbindung mit einem anhebbaren Bügel 33.
Die Stell- oder Hubeinrichtung 42 kann aus einer Zylinder
kolbeneinrichtung, einem Luftsack oder einer anderen durch
ein Druckmittel betätigbaren Vorrichtung bestehen, die bei
Erreichung eines Druckes aufgeblasen wird. Hierbei wird
durchaus einbezogen, daß selbst dann, wenn der Bügel 33 mit
angehoben wird, eine nicht proportionale Anhebung in bezug
zum Kopfstück 37 erfolgt, so daß dann auch in diesem Zusammen
hang eine Querschnittsveränderung auftreten kann.
Als Druckmittel können pneumatische und hydraulische Druck
mittel angeordnet sein.
Es besteht dann auch die Möglichkeit, die Stell- oder Hub
einrichtung 42 in einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene
der Fig. 2 verschwenkbar zu lagern, so daß dann auch noch
eine gewisse Feineinstellung möglich ist.
Die Stell- oder Hubeinrichtung 42 kann verschwenkbar am Boden
des Gehäuses gelagert sein, um bei einer eingestellten Aus
wölbung des Schlauchstückes die Höhe durch zusätzliche Ver
schwenkung einzustellen. Dazu ist dann auch ein zusätzlicher
Schwenkantrieb vorgesehen.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß die Stauhöhe 51 über der
oberen Begrenzung der Kanalteile 1, 2 liegt und dabei der
Durchgang offen bleibt.