DE4427425C2 - Vorrichtung zur Begrenzung und Messung eines Volumenstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung eines durch einen im wesentlichen horizontalen Kanal fließenden Volumenstromes. Die Vorrichtung besteht aus einem Kanal­ teilstück, das mit gegenüberliegenden, im wesentlichen vertikal ausgerichteten Innenwänden einen Spalt begrenzt. Dieser erstreckt sich über die Höhe eines Kanalteilstückes und weist einen Eintritts- und einen Austrittsquerschnitt auf, dessen Breite größer ist als die Breiten der dazwischenliegenden Spaltquerschnitte.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung mit den vorgenannten Merkmalen, die zur Messung eines entsprechend fließenden Volumenstromes dient.

Es sind Vorrichtungen dieser Art allgemein bekannt, die es ermöglichen, den in einem offenen oder geschlossenen Gerinne fließenden Volumenstrom zu messen und/oder auf ein vorgegebe­ nes Höchstmaß zu begrenzen.

In offenen Gerinnen, wie beispielsweise im Zulauf einer Kläranlage, ist es bekannt, eine zwei- oder dreidimensionale Einschnürung des Zulaufquerschnittes vorzusehen, wobei der Druck der Flüssigkeit oder die Höhe des Flüssigkeitsspiegels vor der Einschnürung zur Bestimmung des Volumenstromes benutzt wird. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn sich das bei Venturi- Durchlässen übliche Strömungsbild einstellt, bei dem die Höhe des Flüssigkeitsspiegels vor dem Durchlaß allein abhängig ist vom Volumenstrom und nicht auch von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels hinter dem Durchlaß. Dabei kann die Oberwasserhöhe durch eine Druckmeßsonde oder eine Ultraschallmeßsonde erfaßt werden, während gleichzeitig durch die Querschnittseinschnürung eine Volumenstrombegrenzung erfolgt.

Das die Einschnürung aufweisende Kanalteilstück ist bei den bekannten Vorrichtungen in Beton oder Kunststoff ausgeführt und besitzt folglich definierte Strömungsquerschnitte. Insbesondere bei im Abwasserbereich einzusetzenden Vorrichtungen darf daher das Kanalteil­ stück keine Einschnürung aufweisen, dessen Querschnitt bestimmte Mindestabmeßungen unterschreitet. Andernfalls würden im Abwasser mitgeführte Fettstoffe oder Fremdkörper eine Verstopfung des Kanals begünstigen.

Für die zur Regulierung eines Volumenstromes erforderlichen Meßungen sind auch elektro­ nische Meßeinrichtungen an sich bekannt, die z. B. eine magnetisch-induktive Meßung (IDM) oder eine Ultraschall-Meßung unter Ausnutzung des Doppeleffektes ausführen. Diese Einrich­ tungen liefern in spezifischen Einsatzbereichen gute Meßergebnisse. Allerdings setzen die IDM-Meßungen 100%ig gefüllte Rohre voraus, während Ultraschallsonden nur bei bestimmten Geschwindigkeitsbereichen optimal arbeiten.

Sollen bei kleinen Abflüssen elektronische Meßeinrichtungen eingesetzt werden, muß die Führung des Volumenstromes in geschlossenen Rohren erfolgen, was einen aufwendigen Umbau eines gesamten Gerinnes erfordert. Zudem ist eine Begrenzung des Volumenstromes mit dieser Technik nur möglich, wenn der Strömungsquerschnitt stark verringert wird, so daß wiederum eine Verstopfungsgefahr entsteht.

Aus der DE-Z-Wasserwirtschaft 69 1979, S. 371 bis 375 ist eine Schlauchdrossel bekannt, de­ ren Innenwände durchgehend aus elastisch verformbaren Material gefertigt sind. Deshalb kön­ nen sich im Spaltbereich keine vertikalen Oberflächen ausbilden, sondern das elastische Mate­ rial wird aufgrund der Druckkräfte stets eine halbkugelförmige Gestalt annehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zur Begrenzung eines Volumenstromes vorzuschlagen, bei der Verstopfungen vermeidbar oder zumindest schnell und einfach zu beseitigen sind. Insbesondere soll bei Zuflüssen kleiner Kläranlagen für dünn besiedelte Gebiete die Vorrichtung zur Begrenzung der Flüssigkeitsmen­ ge geeignet sein, wenn die Flüssigkeitsmenge als sogenannter Trockenwetterabfluß aus nur wenigen l/s und im übrigen der Zufluß zur Kläranlage auf den zwei- bis dreifachen Trocken­ wetterabfluß aus Kapazitätsgründen der Kläranlage begrenzt werden muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschrie­ benen Art so auszubilden, daß mit ihr der jeweilige Volumenstrom meßbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine in der Größe ihres Querschnittes variable Kontraktion des Volumenstromes, so daß sich dieser einfach regulieren läßt, und erlaubt es darüber hinaus, zu Reinigungszwecken oder zur Beseitigung einer Verstopfung, die Quer­ schnittskontraktion zeitweise spontan teilweise oder gänzlich aufzuheben.

Das Kanalsystem kann dabei so ausgelegt sein, daß bei Anstieg der Wassermenge über den für die betreffende Kläranlage zulässigen Wert der Oberwasserspiegel um ein definiertes Maß ansteigt und über eine Überfallkante seitlich z. B. in ein Speicherbecken abgeleitet wird.

Die Querschnittskontraktion kann auch in einstellbaren Zeitintervallen oder in Abhängigkeit von bestimmten weiteren Meßwerten aufgehoben werden, um beispielsweise ansonsten unpassierbare Bestandteile mit Abwasser aus dem Kanalteilstück herauszuspülen.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die beiden sich gegenüberliegenden, im wesentlichen vertikal ausgerichteten Innenwände sowohl aus elastisch verformbarem als auch aus nicht elastisch verformbaren Material und bilden jeweils mit einer starren Außenwand des Kanalteilstückes eine dichte Kammer, deren Innendruck variabel ist.

Durch diese Ausgestaltung erhält das Kanalteilstück im Kontraktionsbereich die Form eines Venturi-Gerinnes, wodurch sich das in der Literatur bekannte Strömungsbild einstellt, bei dem die Flüssigkeitshöhe vor der Kontraktion allein abhängig ist vom Volumenstrom, der durch die Kontraktion die jeweils gewünschte Begrenzung erfährt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jede Kammer mit einem unter Überdruck stehenden Medium beaufschlagbar, wobei die jeweilige Höhe des Überdruckes in Abhängigkeit von einem Niveau eines Oberwasserspiegels einstellbar ist, den ein den Volu­ menstrom speisendes Speicherbecken aufweist.

Durch diese Ausgestaltung läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine selbsttätige Regulierung des Volumenstromes bewerkstelligen, so daß eine zusätzliche Überwachung und manuelle Eingriffe gänzlich entfallen können.

Je nach Anordnung und Ausmaß der Teilstücke aus nicht elastisch verformbarem Material lassen sich die Querschnittskonturen im Kontraktionsbereich zusätzlich zum variablen Innen­ druck innerhalb der Kammer beeinflussen. Es liegt natürlich auch im Rahmen der Erfindung, eine unterschiedliche Verformbarkeit der elastischen Innenwände durch Bereiche unterschied­ licher Innenwandstärken und/oder anderweitiger Unterschiede in den Materialeigenschaften zu erzielen.

Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß das Kanalteilstück aus einer offenen oder geschlossenen Rinne mit einem rechtecktörinigen oder trapezförmigen oder U- förmigen oder V-förmigen Querschnitt besteht.

Die vorgenannten Querschnittsformen des Kanalteilstücks sind besonders geeignet, dieses in einem bestehenden Kanal einzubauen oder als gesondertes Bauteil gegen ein Längenstück des Kanals auszutauschen. Ansonsten kann der Querschnitt des Kanalteilstückes auch andere Querschnittsformen aufweisen, die am Querschnitt eines bestehenden Kanals oder einer bestehenden Leitung anpaßbar sind.

Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein abgebrochen dargestelltes Kanalteilstück in einem vertikalen Längsschnitt,

Fig. 2 das Kanalteilstück gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht,

Fig. 3 das Kanalteilstück gemäß den Fig. 1 und 2 in einer stirnseitigen Ansicht,

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 abgewandelte Ausführungsform des Kanalteilstückes gleichfalls in einer stirnseitigen Ansicht.

Die Vorrichtung besteht aus einem im Querschnitt U-förmigen bzw. V-förmigen Kanalteilstück 1 bzw. 1′, das mit seiner Mittelachse horizontal ausgerichtet ist.

Das Kanalteilstück 1 bzw. 1′ bildet mit einem Boden 2 und zwei Außenwänden 3 bzw. 3′ ein offenes Gerinne, dessen Querschnittsbreite in einem Kontraktionsbereich veränderbar ist. Die Veränderung wird in Abhängigkeit der gewünschten Größe eines in Pfeilrichtung fließenden Volumenstromes durch zwei Innenwände 4 bzw. 4′ bewerkstelligt. Diese bestehen aus elastisch verformbarem Material und bilden mit Teilstücken der aus starrem Material gefertigten Außenwände 3 bzw. 3′ Kammern 5 bzw. 5′.

Die Kammern 5 und 5′ sind über ein Leitungssystem 6 an ein Reservoir 7 angeschlossen, das ein Medium enthält, welches mittels einer nicht dargestellten Fördereinrichtung wahlweise mit Überdruck in die Kammern 5 bzw. 5′ pressbar oder mit Unterdruck aus den Kammern 5 bzw. 5′ saugbar ist. Es kann jedoch auch die Rückstellkraft der elastisch verformbaren Innenwände 4 und 4′ ausreichend sein, das unter Überdruck in den Kammern 5 bzw. 5′ enthaltene Medium in das Reservoir zurückzudrängen.

Ein Ventil 8 im Leitungssystem 6 ist elektrisch betätigbar und dazu über eine Leitung 9 mit einer Steuereinrichtung 10 verbunden. Diese betätigt über eine zum Reservoir 7 führende Leitung 11 auch die nicht dargestellte Fördereinrichtung.

Die Steuereinrichtung 10 steht über Leitungen 12 und 13 mit Ultraschallsonden 14 bzw. 15 in Verbindung, welche das jeweilige Niveau aufgrund der Höhe H_o eines Oberwasserspiegels und aufgrund der Höhe H_u eines Unterwasserspiegels messen, obschon die Bestimmung des Volumenstromes auch allein aufgrund der Höhe H_o wegen der venturiartigen Ausgestaltung des Kontraktionsbereichs bereits möglich ist.

Die ermittelten Meßwerte werden in der Steuereinrichtung verarbeitet und in Schaltsignale für die dem Reservoir 7 zugeordnete Fördereinrichtung und für das dem Leitungssystem 6 zugeordnete Ventil 8 umgesetzt.

Mit ansteigender Höhe H_o des Oberwasserspiegels werden die Kammern 5 bzw. 5′ zunehmend mit Druckmedium beaufschlagt, wodurch sich die Innenwände 4 bzw. 4′ entsprechend verstärkt wölben und die Breite des freien Durchlaßquerschnittes des Kanalteilstückes 1 verkleinern. Dadurch kann der Volumenstrom auf ein einstellbares Maximum begrenzt werden.

Drohen Feststoffablagerungen oder vom Volumenstrom mitgeführte Fremdkörper einen in der Breite sehr kontrahierten Spalt zu verstopfen, können die Ablagerungen bzw. Fremdkörper durch eine kurzzeitige Verringerung oder Aufhebung des Überdruckes in den Kammern 5 bzw. 5′ den Spaltbereich infolge der sich dabei einstellenden spontanen Aufweitung gleichwohl passieren.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Begrenzung eines durch einen im wesentlichen horizontalen Kanal fließenden Volumenstromes, bestehend aus einem Kanalteilstück (1, 1′), das mit ge­ genüberliegenden, im wesentlichen vertikal ausgerichteten Innenwänden (4, 4′) einen sich über die Höhe des Kanalteilstückes (1, 1′) erstreckenden Spalt begrenzt, der einen Eintritts- und einen Austrittsquerschnitt aufweist, dessen Breite größer ist als die Breiten der dazwischenliegenden Querschnitte des Spaltes, wobei mindestens eine der beiden Innenwände (4, 4′) sowohl Teilstücke aus elastisch verformbarem Material als auch Teilstücke aus nicht elastisch verformbarem Material aufweist und mit einer star­ ren Außenwand (3, 3′) des Kanalteilstückes (1, 1′) eine dichte Kammer (5, 5′) bildet, deren Innendruck variabel ist.

2. Vorrichtung zur Messung eines durch einen im wesentlichen horizontalen Kanal flie­ ßenden Volumenstromes, bestehend aus einem Kanalteilstück (1, 1′), das mit gegen­ überliegenden, im wesentlichen vertikal ausgerichteten Innenwänden (4, 4′) einen sich über die Höhe des Kanalteilstückes (1, 1′) erstreckenden Spalt begrenzt, der einen Eintritts- und einen Austrittsquerschnitt aufweist, dessen Breite größer ist als die Breiten der dazwischenliegenden Querschnitte des Spaltes, wobei mindestens eine der beiden Innenwände (4, 4′) sowohl Teilstücke aus elastisch verformbarem Material als auch Teilstücke aus nicht elastisch verformbarem Material aufweist und mit einer star­ ren Außenwand (3, 3′) des Kanalteilstückes (1, 1′) eine dichte Kammer (5, 5′) bildet und deren Innendruck variabel ist, und wobei die Vorrichtung mit einer die Höhe des ober- und ggfs. unterseitigen Wasserspiegels erfassenden elektronischen Meßeinrich­ tung zur Berechnung der Durchflußmenge ausgestattet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sich ge­ genüberliegenden, im wesentlichen vertikal ausgerichteten Innenwände (4, 4′) sowohl aus elastisch verformbarem als auch aus nicht elastisch verformbarem Material beste­ hen und jeweils mit einer starren Außenwand (3, 3′) des Kanalteilstückes eine dichte Kammer (5, 5′) bilden, deren Innendruck variabel ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer (5, 5′) mit einem unter Überdruck stehenden Medium beaufschlagbar ist und die jeweilige Höhe des Überdruckes in Abhängigkeit von einem Niveau eines Ober­ wasserspiegels einstellbar ist, den ein den Volumenstrom speisendes Speicherbecken aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ka­ nalteilstück (1) aus einer offenen oder geschlossenen Rinne mit einem rechteckförmi­ gen oder trapezförmigen oder U-förmigen oder V-förmigen Querschnitt besteht.