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Vorrichtung zurVermeidung des Wasserverbrauchs bei Schiffahrtsschleusen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermeidung des Wasserverbrauchs beim
Füllen und Entleeren von Schleusen, bei denen ein mit der Schleusenkammer nach Art
von kommunizierenden Röhren verbundenes heb- und senkbares Füllbecken zur Aufnahme
des Wassers aus der Schleusenkammer dient und durch ein gleichzeitig als Verdränger
wirkendes Gegengewicht in jeder Stellung im Gleichgewicht ist. Bei einer bekannten
Vorrichtung, bei welcher das Füllbecken durch einen Verdränger im Zusammenwirken
mit einer Gegengewichtseinrichtung in jeder Höhenlage ausgewogen ist,-ist der Verdränger
feststehend angeordnet, derart, daß dieser beim Hochgehen des gefüllten Füllbeckens
in dieses eintaucht, wobei eine seinem jeweils eingetauchten Volumen gleiche Wassermenge
aus dem Füllbecken in die -Schleusenkammer übertritt und dort das Ansteigen des
Wasserspiegels bewirkt und umgekehrt. Dabei bleibt der WasserstandimFüllbeckenin
allen Stellungen desselben unverändert, und der Wasserdruck auf den Boden des Füllbeckens
ist stets der gleiche.
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Es ist weiterhin bekannt, das Füllbecken selbst in einen Wasservorrat
eintauchen zu lassen und so sein Gewicht in gefülltem Zustand durch den Auftrieb
auszuwiegen, während der Gewichtsausgleich beim Heben durch mit Wasser zu füllende;
als Gegengewichte wirkende Nebengefäße erfolgt. Es ist endlich bekannt, das mit
der Veränderung der Wasserfüllung veränderliche Gewicht der Füllbecken dadurch auszugleichen,
daß diese mit einem Schwimmer starr verbunden sind, welcher sich beim Heben und
Senken der Gefäße mit diesen hebt und senkt und- um so tiefer in Wasser eintaucht,
je tiefer die Füllbecken sinken, je mehr Wasser sie also enthalten.
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Bei all diesen bekannten Vorrichtungen ist die Ausgleichseinrichtung
für das wechselnde Füllbeckengewicht außerhalb der Schleusenkammer angeordnet. Diese
ist daher für ihre Wasserstandsänderungen auf die Wassermengen angewiesen, welche
ihr aus dem Füllbecken zufließen oder aus ihr in dieses zurücktreten. Das Füllbecken
muß demnach so größ sein, daß es den ganzen Unterschied des Wasserinhaltes der Schleuse
zwischen Ober- und Unterwasser aufnimmt, und die Ausgleichseinrichtungen müssen
dementsprechend groß und schwer sein..
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Durch die Erfindung soll dieser Übelstand dadurch behoben werden,
daß das Gewicht des Füllbeckens durch ein Gegengewicht ausgeglichen ist, das in
die Schleusenkammer eintaucht, dabei als Verdränger wirkt und dem mit der Füllungshöhe
sich ändernden Gewicht des Füllbeckens in jeder Stellung das Gleichgewicht hält.
Hierdurch soll erreicht werden, daß bestimmte Stauhöhen mit geringerem Wasserinhalt
des Füllbeckens oder mit geringerem Hub als bei den bekannten Vorrichtungen erzielt
werden. Außerdem weist eine auf diese Weise ausgebildete Vorrichtung die Vorteile
auf, daß feststehende Verdränger oder teure, bei Undichtwerden nicht mehr richtig
arbeitende Schwimmer fortfallen und daß die volle Belastung der Lagerungen der Gegengewichtseinrichtung
nur
zu Anfang des Beckenhubs vorhanden ist, während sie mit zunehmendem Beckenhub bis
auf einen kleinen, im wesentlichen dem Gewicht des leeren Beckens zuzüglich des
Gewichtes von Schläuchen u. dgl. entsprechenden Betrag abnimmt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigen die Abb. 1 und 2 die Vorrichtung nach der Erfindung
im Querschnitt und in der Draufsicht. Dabei ist die tiefste Stellung des Füllbeckens
in ausgezogenen, die höchste Stellung des Füllbeckens in strichpunktierten Linien
dargestellt.
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Die Abb. 3 und 4 zeigen den Querschnitt und eine Seitenansicht eines
Schlauches zur Verbindung des Füllbeckens mit der Schleusenkammer in größerem Maßstab.
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Es bezeichnet 1 die obere Wasserhaltung mit dem Wasserstand 2, 3 die
untere Wasserhaltung mit dem Wasserstand 4. 5 ist die durch Tore 6 beliebiger Bauart
gegen die Wasserhaltungen abschließbare Schleusenkammer. Der durch die strichpunktierte
Linie 7 dargestellte Wasserstand in der Schleusenkammer 5 stimmt mit dem Oberwasserspiegel
2 und der durch die Linie 8 angedeutete Wasserstand mit dem Unterwasserspiege14überein.
g ist das Füllbecken zum Füllen und Entleeren der Schleusenkammer 5, die durch einen
biegsamen Schlauch 1o mit der Schleusenkammer 5 verbunden ist. Das Gewicht des Füllbeckens
9 mit dem darin befindlichen Wasser ist durch das Gegengewicht 12 ausgeglichen,
das an den Enden 18 von waagebalkenartigen, auf den Ständern 13 gelagerten Hebeln
14 aufgehängt ist, an deren anderen Enden 17 das Füllbecken 9 hängt.
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Der Erfindung gemäß ist nun die Anordnung so getroffen, daß beim Hochgehen
des Füllbeckens g das Gegengewicht 12 in die Schleusenkammer 5 eintaucht und so
einen Auftrieb erfährt, wenn der Wasservorrat 11 in demBecken 9 durch Übertritt
von Wasser in die Schleusenkammer 5 durch die Leitung 1o abnimmt. Das Gegengewicht
12 wirkt dabei in der Schleusenkammer 5 als Verdränger, so daß der Wasserspiegel
in der Schleusenkammer beim Anheben des Beckens 9 nicht nur durch den Zustrom von
Wasser aus dem Becken 9, sondern auch durch das Eintauchen des Gewichtes 12 ansteigt.
Das Füllbecken 9 braucht also nur so viel Wasser zu enthalten, als notwendig ist,
den Spiegel des in der Schleusenkammer 5 enthaltenen Wassers 15 von 8 auf 7 zu heben,
wenn das Gegengewicht 12 eingetaucht ist. Das Verhältnis der Hebelarme des Gegengewichtes
12 und des Füllbeckens 9, die Schleusenkammergröße, die Größe des Gegengewichtes
12 und die Größe des Füllbeckens 9 und seiner Füllung sind dabei so aufeinander
abgestimmt, daß das Moment des auf das Gegengewicht 12 ausgeübten Auftriebes stets
ebenso groß ist wie das Moment des Gewichtes des aus dem Becken g in die Kammer
5 übergetretenen Wassers. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel verhalten sich
die Hebelarme z6-=8 = 12 und 16-z7 = h zueinander wie 2 : 3, die Grundfläche der
Kammer 5 zur Grundfläche des Füllbeckens 9 wie 1o : 8 und die Grundfläche des Gegengewichtes
12 zur Grundfläche des Füllbeckens g wie 3 : B. Vorstehende Verhältnisse sind lediglich
ein Beispiel einer günstigen Ausführungsform. Es können auch andere Verhältnisse
gewählt werden. Bezeichnet man-bei rechtkantiger Gestaltung von Gefäß 9, Schleusenkammer
5 und Gegengewicht 12 mit F1 die innere Grundfläche des Füllbeckens 9, F2 die Grundfläche
des Gegengewichts 12, F3 die Grundfläche der Schleusenkammer einschließlich der
Grundfläche des Verdrängers 12, 1l die Länge des Hebelarms 16-17, 12 die Länge des
Hebelarms 16-x8; hl die Füllungshöhe im Füllbecken 9 in seiner tiefsten Stellung
und mit HI den Gesamthub des Füllbeckens 9, durch welchen ein Steigen der Flüssigkeit
um die Höhe H in der Schleusenkammer 5 erzielt wird, so ergibt sich ein stetiges
Gleichgewicht und ein Auffüllen der Schleusenkammer im Sinne der Erfindung, wenn
die Gleichungen erfüllt sind
III : H = HI - h,.. Natürlich muß hierbei bei der ausgezogen gezeichneten
Stellung das durch das Gewicht des Verdrängers 12 ausgeübte Moment am Hebel gleich
dem Moment des Füllbeckens 9 zuzüglich voller Wasserfüllung sein, und es muß bei
gänzlich entleertem Becken g noch ein das Moment des leeren Beckens zuzüglich Schlauches
1o ausgleichendes Gegengewichtsmoment übrigbleiben, welches z. B. durch entsprechend
schwere Ausführung des Hebelendes 16-18, welches ja an dem Tauchvorgang nicht teilnimmt,
erzielt werden kann.
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Das Gegengewicht 12 läuft bei der gezeichneten Ausführungsform nach
den Abb. 1 und 2 vorteilhaft unmittelbar neben der rückwärtigen Schleusenkammerwand
23 und stützt sich gegen diese mittels Rollen 24 ab, die entweder im Gegengewicht
oder in der Schleusenkammerwand gelagert sein können. Damit bei jeder Betriebsstellung
eine gute Führung des Gegengewichtes erreicht wird, ist das Gegengewicht 12 in seinem
Schwerpunkt 25 aufgehängt. Das
Gegengewicht 12 kann also auch bei
Verwendung - von Hebeln 14 trotz der Pfeilhöhe der Bewegungsbahn des Punkts 18 ohne
eigentliche Führung ganz eng neben der Schlensenkanunerwand 23 auf und ab gehen,
wobei natürlich zeitweise die Aufhängepunkte 18 über die Kammerwand 23 hinausragen
und die Tragtaue 26 etwas schräg stehen. Statt an Hebeln könnten das Gegengewicht
12 und das Becken 9 auch an Seilen aufgehängt sein, die über kleinere Laufrollen
geführt sind, oder es könnte eine große Führungsrolle angeordnet sein, deren Durchmesser
gleich dem Abstand der Seile 26, 27 ist. In diesen beiden Fällen wäre dann das Verhältnis
der Hebelarme 12 = I . Bei der Verwendung von Rollen statt Hebeln könnten verschiedene
Verhältnisse von Weg des Beckens 9 zu Weg des Gegengewichts 12 durch Flaschenzüge
o. dgl. erzielt werden.
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Werden zur Verbindung des Füllbeckens 9 mit der Schleusenkammer 5
Schläuche io verwendet, so sind diese zwecksmäßig wellrohrartig ausgebildet (vgl.
Abb.3 und 4). Diese Schläuche io können an den Seiten mit dicht nebeneinander angeordneten
Osen 21 versehen sein, durch die parallel zur Schlauchachse verlaufende zugfeste
Drahtseile 22 geführt sind, welche mit ihren Enden an beliebigen Festpunkten und
an dem Becken 9 befestigt sind und das Gewicht der wassergefüllten Schläuche tragen.
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Das Heben und Senken des Beckens 9 kann auf beliebige Art erzielt
werden, z. B. durch mechanischen Antrieb der Welle 16, durch Zusatzbelastung auf
dem Gegengewicht i2 oder dem Becken 9 u. dgl.