-
Bewegliches Heberwehr Bewegliche Wehrverschlüsse in Verbindung mit
einem Heber sind bekannt. Bei derartigen Anordnungen wird auf den Verschlußkörper,
vor allem auf Walzen, aber auch auf Schützen ein Heber aufgebaut, in der Form, wie
sie Heber auf festen Wehren aufweisen. Fig. i und ia zeigen eine derartige Ausführung
bei einer Walze. Auf die Walze ist eine Kappe aufgesetzt, und im unteren Teil ist
unter Zuhilfenahme einer zweiten Wand die Heberausmündung ins Unterwasser gebildet.
Dabei ist der Heberauslauf bis zu dem tiefer als die Wehrschwelle liegenden Tosbecken
geführt, um auch bei fehlendem Unterwasser in Wirkung treten zu können. Bei dieser
Anordnung bildet die Heberkappe keinen wesentlichen Bestandteil des Tragwerkes.
-
Derartigen Ausführungen haften folgende Mängel an. Die Heberkappe
erfordert einen Baustoffaufwand, der im Vergleich zu dem des Verschlußkörpers als
beträchtlich zu bezeichnen ist, ohne daß dieser Teil für die Tragfähigkeit hinlänglich
ausgenutzt werden kann. Der untere, unter den Sohlenbalken hinausragende Teil des
Heberauslaufes bedeutet, besonders bei Walzen, aber auch bei Schützen und segmentartigen
Verschlüssen, eine strömungstechnisch sehr ungünstige Anordnung, da beim Anheben
des Verschlußkörpers der durchschießende Strahl gegen die Heberwandungen anprallt
und zu starken Schwingungen, bei Eisführung zu Beschädigungen des Verschlusses Anlaß
gibt. ,Die nachteilige Wirkung wird dadurch noch mehr gesteigert, daß der Raum zwischen
der inneren Heberwand, dem Stauschild und der unteren Tragkörperbegrenzung durch
den durchschießenden Strahl von der Außenluft abgeschnitten wird und infolge seiner
Größe starken Sogwirkungen unterliegt, deren Folgen,
Schwingungen
und Vermehrung der Aufzugskraft, -auch durch Belüftungsöffnungen in der unteren
Begrenzungswand nicht völlig beseitigt werden können. Auch der Durchflul3-: spalt
A v (Fig. i a), der sich beim Anhel>; n_ zwischen Wehrschwelle und Sohlendichtungs-Balken
bildet, vermag nicht die seiner Größe: entsprechende N@rassermenge abzuführen, da;
wie .aus Fig. ia ersichtlich ist, der tiefer liegende Heberauslauf einen wesentlich
geringeren Spalt 0 a,, ergibt, der für den Abfluß maßgebend wird. Eine Verlegung
des Heberauslaufes nach oben in ein besonderes, vom Verschlußkörper getragenes Becken
bewirkt wohl teilweise eine Beseitigung der vorerwähnten Mängel, hat aber eine unmittelbare
und mittelbare Einbuße an Druckhöhe, letztere infolge der scharfen Umlenkung des
austretenden Strahles, zur Folge.
-
Zweck der Erfindung ist, die vorerwähnten Mängel zu beseitigen und
durch besondere Gestaltung den Heberverschluß auch für solche Verhältnisse zwischen
Lichtweite und Stauhöhe anwendbar zu machen, die durch bekannte Verschlußarten unter
den gleichen Bedingungen nicht zu erfüllen sind. Auch soll eine möglichst restlose
Ausnutzung des Baustoffes erzielt werden. Dies wird erfindungsgemäß folgendermaßen
erreicht. Zunächst in Bezug auf Baustoffausnutzung, d. h. in statischer Beziehung
dadurch, daß zur Bildung des Tragwerkes lediglich die äußere und innere, über die
ganze Wehröffnung durchgehende Wandung des Heberschlauches verwendet wird, wobei
durch eine S-förmige Linienführung der Heberachse das Tragwerk im Sinne der größten
Belastung die nötige Bauhöhe bzw. das für die Tragfähigkeit erforderliche Trägheitsmoment
erhält (Fig. z). Die Innenwandung des Heberschlauches reicht auch auf der Hebereinlaufseite
bis zur Wehrschwelle und ist mit dem anderen Ende der Innenwandung am Heberauslauf
zusammengeschlossen. Damit aber die zwei über die ganze Wehrlänge durchgehenden,
jedoch voneinander getrennten Schalen ein einheitliches Tragwerk in Bezug auf Biegungs-
und Querkraftsbeanspruchung bilden, sind die nur abschnittsweise angeordneten Heber
erfindungsgemäß durch doppelte Querwände voneinander getrennt und die 6uerkraftverbindung
dadurch hergestellt, daß die Verdrehungssteifigkeit der durch die doppelten Querwände
und die dazwischenliegenden Teile der inneren und äußeren Heberwandung gebildeten,
S-förmig gewundenen und an ihren Enden geschlossenen Kästen zur Hervorrufung einer
Dübelwirkung ausgenutzt und eine gegenseitige Verschiebung der beiden Heberwandungen
verhindert wird. Im Gegensatz zu einem sonst gleichen Dübel mit gerader Längsachse
hat der gewundene kastenförmige Dübel, wie weiter unten näher erläutert, den wesentlichen
Vorzug, daß er die durch die ,S-'berleitung der Schwerkräfte entstehenden ,"-I'örsionsmomente
zum größten Teil in sich 'äiisgleichen kann, da die an den Enden wirfienden Momente
entgegengesetzten Drehsinn haben. In der Ausführung werden im Inneren der Kästen,
längs der ganzen Ausdehnung, in angemessenen Abständen Querverbindungen angeordnet,
denen dann die Aufgabe zufällt, den auf den betreffenden Abschnitt entfallenden
Teil der OOuerkraft zwischen der inneren und der äußeren Wandung zu übertragen.
Dadurch, daß eine praktisch beliebig große Anzahl von Querkraftverbindungen innerhalb
des vorerwähnten Kastens verteilt angeordnet werden kann, entfällt auf eine solche
Querverbindung nur ein entsprechend geringer Bruchteil der zu übertragenden Gesamtquerkraft,
wodurch die überleitung großer konzentrierter Kräfte auf die Heberschlauchwandungen
vermieden wird und die Verbindungen selbst schmäler gehalten werden können, d. h.
es wird nutzbare Länge für die gesamte Längenausdehnung der Heberschläuche gewonnen.
Ferner ist dadurch, daß die dem Einlauf benachbarte erste Querverbindung, dank der
Verwindungssteifigkeit des Kastens, zurückversetzt werden kann, die Möglichkeit
gegeben, die beiden Querwandungen am Einlauf durch Übergang zu zylindrischen Flächen
zu einer das Einströmen in die Heber fördernden zugeschärften Form zusammenzuschließen
und dadurch den Wirkungsgrad der Heber zu erhöhen. Wie die im Anschluß an das zweite
Ausführungsbeispiel beigefügte axonometrische Darstellung des erwähnten kastenförmigen
Körpers mit den eingetragenen Querverbindungen zeigt (Fig. 5), ist durch die gewundene
Form des in sich geschlossenen Kastens von hoher Verbindungssteifigkeit der weitere,
bereits erwähnte Vorteil verbunden, daß die durch die f_Tberleitung der Querkräfte
entstehenden Versetzungsmomente nicht oder nur zum geringen Teil unmittelbar von
den Querverbindungen auf die Heberwandungen übertragen werden, daß vielmehr der
Kasten vermöge seiner Torsionssteifigkeit diese Momente aufnimmt und sogar infolge
seiner Krümmung teilweise in sich ausgleicht. So heben sich im Ausführungsbeispiel
zum größten Teil das Moment der Querverbindung i : P1 # lt, mit demjenigen
von der Querverbindung 7: P7 # j17 und ebenso das Versetzungsmoment P2 # k2 an der
Querverbindung 2 mit demjenigen an der Querverbindung 6 : P, # lt, auf, während
das aus den Versetzungsmomenten 3, .4, 5 und 8 resultierende Drehmoment durch Längskräfte
in der Richtung
der Zylindererzeugenden aufgenommen wird. In Fig.
5 sind auch für die Querverbindungen i und 6 die Gegenmomente eingetragen, wie sie
ohne Einwirkung des torsionsfesten Kastens auftreten würden.
-
In hydraulischer Beziehung werden die einleitend angeführten Mängel
der bekannten Anordnungen erfindungsgemäß durch folgende Einrichtungen beseitigt
und der Wirkungsgrad bzw. die Fördermenge der Heber gesteigert. Der Hebereinlauf
wird dicht an der Innenwandung der Einlaufseite (Fig.2), jedenfalls aber dicht an
dem Stauschild angeordnet und derart ausgebildet, daß die untere Begrenzung des
Heberauslaufes im Ouerschnitt einen nach Unterwasser ansteigenden spitzen Winkel
mit der Waagrechten bildet, wobei die unterste Kante des Auslaufkrümmers bzw. seiner
Innenwandung gleich hoch oder höher liegt als die Verschlußkörperunterkante. Außerdem
wird die Wehrschwelle an der Stelle, wo der Verschlußkörper aufsitzt, durch allmählichen
Übergang um ein solches Maß tiefer als die Gerinnesohle gelegt, daß die Heberausmündung
unter allen Umständen und, wo erforderlich, selbst bei fehlendem Unterwasser in
das Tösbecken voll eintaucht, d: h.; gegen Luftzutritt von der Unterwasserseite
abgeschlossen ist. Durch die vorbeschriebene Anordnung ist die Gefahr der Sogwirkung
sowie des Anprallens des durchschießenden Strahles gegen den Heber beseitigt. Mit
der Tieferlegung der Sohle an der Aufliegestelle des Verschlußkörpers ist jedoch
außer dem sicheren Eintauchen der Heberausmündung in das tiefste Unterwasser, d.
h. der vollen Ausnutzung des Hebergefälles bei Vermeidung der nachteiligen hydraulischen
Wirkungen, auch der weitere Vorteil verbunden, daß durch die Vermehrung an Gesamthöhe
auch für den eigentlichen Tragkörper an Bauhöhe in lotrechter Richtung und mittelbar
auch in waagerechtem Sinne gewonnen wird und daß dadurch bedeutend größere Stützweiten
bei gegebener Stauhöhe und geforderter Wasserabführung durch Überfall zu bewältigen
sind, als mit irgendeiner anderen sich von Pfeiler zu Pfeiler frei tragenden Verschlußart.
-
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, unter Benutzung der erfindungsgemäßen
Anordnung des Auslaufkrümmers, die Steigerung der Fördermenge des Hebers durch Ausnutzung
der lebendigen Kraft des aus dem Heber in das Tosbecken strömenden Wassers, die
bei den bekannten Anordnungen für die Heberergiebigkeit ohne Einfluß bleibt. Erfindungsgemäß
wird dies in folgender Weise erreicht. Das Tosbecken wird derart angeordnet und
gestaltet, daß der oberwa`sserseitige Teil seines Bodens einen in bezug auf Richtung
und Krümmung stetigen und nahezu unmittelbaren Übergang zu der Innenwandung des
Auslaufkrümmers bildet, während .der anschließende unterwasserseitige Teil durch
seine Form die stetige und allmähliche Umleitung des Ausflußstrahles bis zu der
Gerinnesohle bewirkt (Fig.2 und 6). Dadurch, daß durch die Tosbeckenführung die
Bewegungsenergie des Ausflußstrahles, besonders im oberwasserseitigen Teil des Bekkens,
fast ungeschmälert erhalten bleibt und daß das Unterwasser von der Austrittsstelle
des Auslaufskrümmers verdrängt wird, vollzieht sich der Ausfluß aus dem Krümmer
unter einem höheren Druckgefälle lti, als der Spiegeldifferenz lt, zwischen Oberwasser
und Unterwasser entspricht, und infolgedessen mit entsprechend gesteigerter Geschwindigkeit,
so daß der Heber um das Maß der Geschwindigkeitssteigerung mehr Wasser fördert,
als ein Heher gleicher Abmessungen, aber ohne der vorbeschriebenen Tosbeckenausbildung.
Diese geschwindigkeitsvermehrende Wirkung wird noch wesentlich 'gesteigert, wenn
die Wehrschwelle und dadurch der Heberauslaufkrümmer gegenüber der normalen Gerinnesohle
erfindungsgemäß versenkt: ist, da dadurch das durch die Tieferlegung der Wehrschwelle
entstandene zusätzliche Gefälle mit ausgenutzt werden kann. Dem ist auch nicht hinderlich,
wenn durch Erzeugung einer Deckwalze im Tosbecken ein Teil der Bewegungsenergie
im Becken, besonders in seinem unterwasserseitigen Bereich, vernichtet bzw. gelöscht
wird, da die dem Strahl innewohnende lebendige Kraft infolge des hohen Wirkungsgrades
des Hebers. einen großen Teil des vermehrten Gefälles entspricht, während zur Hebung
des Wassers auf die Höhe der normalen Gerinnesohle nur ein Bruchteil hiervon benötigt
wird. Auch eine wesentliche, die Druckhöhe vermindernde Wirkung ist von der Deckwalze
nicht zu erwarten, da erfahrungsgemäß die Deckwalze selbst ein negatives Gefälle
aufweist (Fig. 6) und ihre ob.erwassersieitige Wurzel bei der vorbeschriebenen Tosbieckenausbildung
nur ungefähr bis zur Außenkante des Heberauslaufes reicht, so daß an der für die
Austrittsgeschwindigkeit maßgebenden Stelle der durch die Deckwalze erzeugte Gegendruck
praktisch gering ist und unter allen Umständen ein wesentlicher Überschuß an Fördermenge
verbleibt.
-
In den Fig.2 bis 7 sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Das erste Ausführungsbeispiel zeigt die erfindungsgemäße Gestaltung
des Heberschlauches zum Tragkörper in allgemeinerer Form. Das Tragwerk besteht ausschließlich
aus den durch die in angemessenen Abständen angeordneten
doppelten
Querwänden Q-Q zu einheitlicher statischer Wirkung zusammengefaßten Heberwandungen
W" und Wi. Hebereinlauf, Auslaufkrümmer und Tosbecken sind entsprechend dem Erfindungsgedanken,
wie an den nächsten Ausführungsbeispielen eingehend erläutert wird, gestaltet und
angeordnet.
-
In den Fig. 3 bis 5 ist die Anwendung des Erfindungsgedankens auf
eine Heberwalze mittlerer Stützweite dargestellt. Der Tragkörper ist gebildet aus
dem $-förmig gestalteten Heberschlauch mit. der äußeren und inneren Heberwandung
W, bzw. Wi, wobei die letztere als Stauschild bis zur Wehrschwelle verlängert ist
und sich an das untere Ende der Heberauslaufinnenwandung durch Vermittlung des Sohlenbalkenträgers
il anschließt. Die Innenwandung bildet dadurch einen geschlossenen Hohlzylinder
(Fig.3). Zwischen den, beiden Wandungen W" und Wi sind in angemessenen Abständen
die die seitlichen Begrenzungen der Heberschläuche bildenden doppelten Querwände
0-0 eingefügt, wobei dieselben auf der Einlaufseite durch Vermittlung zylindrischer
Flächen (Fig.3, Schnitt A-A) schneidenartig zusammengeführt sind. Fig. ¢ zeigt die
Anordnung in der Ansicht von Oberwasser, woraus in Verbindung mit dem Querschnitt
(Fig.3) die sich ergebende vorteilhafte Ausbildung des Hebereinlaufes, der eine
das Einströmen fördernde Erweiterung sowohl nach der Längs- als auch nach der Querseite
aufweist, ersichtlich ist. Die zwischen den doppelten Querwandungen Q-Q angeordneten
Querverbindungen q sind mit den Ordnungsnummern i bis 8 versehen, wobei die erste
hiervon, i, unmittelbar anschließend an den Übergang der zylindrischen Flächen in
die ebenen Wandungen angeordnet ist, während die letzte, mit der Ordnungsnummer
8 bezeichnete, den unteren Abschluß des Kastens bildet. Schnitt B-B in der Fig.
3 stellt eine solche Querverbindung q mit den Anschlüssen an die Kastenwände in
der Ansicht dar. In der Fig. 5 sind noch, zur Erläuterung der Wirkungsweise, der
torsionsfeste Kasten im Verein mit den O_uerverbindungen, unter Eintragung der auftretenden
Kräfte, axonometrisch dargestellt. Der torsionsfeste Kasten. bzw. die innere Wandung
kann, wenn erforderlich, durch die eingetragene Verstrebung ausgesteift werden.
Der Heberauslauf U" ist dicht an dem Stauschild S angeordnet, und zwar derart, daß
der tiefste Punkt der inneren Wandung Wi um ein Maß Ö b höher als die Unterkante
des Sohlenbalkens D liegt (0 b > o), während die Ebenen des Heberauslaufes
mit der Waagrechten einen spitzen, nach Unterwasser ansteigenden Winkel bildet (o°
< a < 9o°). Der Sohlen-Balken D sitzt auf der Wehrschwelle
b auf, die gegenüber der Fluß- oder Kanalsohle a. um das Maß A h tiefer gelegt
ist (A h > o). Den Übergang von der Flußsohle a zu der Wehrschwelle b bildet eine
sanft abfallende Gerade oder Kurve c, derart, daß sich die versenkte Wehrschwelle
in jeder Beziehung so verhält, als wenn der Verschlußkörper auf der normalen Sohle
aufliegen würde; insbesondere, daß beim Anheben des Verschlusses sich unmittelbar
ein Durchflußspalt bildet, der einen völlig ungestörten Durchfluß unter dem angehobenen
Verschlußkörper zuläßt. Das Maß A h ist in der Figur unter der Voraussetzung gewählt
worden, daß zeitweise gar kein Unterwasser vorhanden ist; der Heberauslauf taucht
infolgedessen in das tiefer als die Wehrschwelle angeordnete Tosbecken vollständig
ein; bei einem stets vorhandenen gewissen Unterwasserstand kann das Maß A h geringer
gewählt, d. h. die Wehrschwelle b kann höher angeordnet werden. Die beiden Wandungen
Wa und Wi sind entsprechend der ihnen als Bestandteile des Tragkörpers zufallenden
Aufgabe an die Endscheiben E angeschlossen. Die Endscheiben sind in bekannter Weise
mit dem Zahn- und Rollkranz Z versehen, denen in den Pfeilernischen die Rollbahnen
und Zahnstangen T entsprechen. Der Verschluß wird durch das Hubmittel K bewegt.
-
Fig. 6 zeigt die Formung des Heberschlauches als Tragkörper für eine
Heberwalze großer Stützweite, wobei entsprechend dem größeren erforderlichen Trägheitsmoment
der nach einem breitgezogenen $ geformte Heberschlauch in waagrechter Richtung
eine noch größere Bauhöhe aufweist. In dieser Figur ist auch ein Beispiel für die
Ausbildung des Tosbeckens entsprechend dem Erfindungsgedanken dargestellt und die
Wirkungsweise erläutert. Die Unterkante der Innenwandung Wi des erfindungsgemäß
angeordneten Auslaufkrümmers ist - möglichst nahe an die Wehrschwelle geruckt und
die Krümmerwandung findet eine stetige und fast unmittelbare Fortsetzung im anschließenden
Teil des Tosbeckens, der in diesem Bereich mit dem gleichen Krümmungshalbmesser
r wie der Auslaufkrümmer selbst ausgebildet ist. Im weiteren Verlauf des allmählich
ansteigenden Tosbeckenbodens sind entsprechend den Erfordernissen für eine stetige
Strahlführung bei den Richtungsänderungen Übergangsbogen eingeschaltet.
-
Die Fig. 2 sowie Fig. 7 zeigen die Gestaltung des zum Tragkörper ausgebildeten
$-förmigen Heberschlauches, wie sie sich tür Schützen- und Segmentwehre eignet.
Das Tragwerk besteht aus den beiden Heberschenkeln, wobei die beiden Enden der inneren
Heberwandung
Wi durch Vermittlung des Sohlenbalkenträgers V zu einem geschlossenen Hohlzylinder
zusammengefügt sind. Im Ausführungsbeispiel der Fig. z ist zwecks eines möglichst
verlustlosen Einströmens der Hebereinlauf bis zur Wehrschwelle ausgeweitet; dementsprechend
reicht auch der zugeschärfte Teil der doppelten Querwände 0-O bis zum Wehrboden
und erfaßt somit die beiden Heberwandungen W" und Wi in ihrer ganzen Ausdehnung.
Die aus den doppelten Querwänden und aus den dazwischenliegenden Teilender Heberwandungen
gebildeten kastenförmigen Körper sind in diesem Falle an ihren beiden Enden auch
zusammengeschlossen. Im Beispiel der Fig. a ist auch die erfindungsgemäße Ausbildung
des Tosbeckens dargestellt, dessen oberwasserseitiger Teil dieselbe Krümmung wie
die anschließende Innenwandung des Auslaufkrümmers aufweist. Schließlich zeigt die
Fig. 7 wie der bewegliche Wehrsteg G unmittelbar auf den V erschlußkörper aufgesetzt
und abgestützt werden kann, womit er in seiner Bemessung von der Stützweite, d.
h. vom Abstand der Wehrpfeiler unabhängig wird. Die beiden Heberwandungen sind an
den Tragwerksenden an die Endrahmen E angeschlossen, die ihrerseits die Auflagerkräfte
an die Laufrollen R und diese schließlich an die Laufschienen.L abgeben.
-
Der in den Ausführungsbeispielen erwähnte Anschluß auch bei der äußeren
Heberwandung an die Endscheiben ist bei entsprechender Bemessung der kastenförmigen
vorbeschriebenen Enddübel für die einheitliche statische Wirkung beider Heberwandungen
nicht unbedingt erforderlich.