EP0237481B1

EP0237481B1 - Hydraulischer Heber für Wasserüberlaufschwelle an einem Wasserbauwerk

Info

Publication number: EP0237481B1
Application number: EP87810112A
Authority: EP
Inventors: Werner Nill
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1991-07-24
Anticipated expiration: 2007-02-27
Also published as: EP0237481A3; DE3771531D1; EP0237481A2; ATE65567T1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein hydraulischer Heber an einer Wasserüberlaufschwelle an einem Wasserbauwerk gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 (vgl. FR-A- 2 186 612).
Abwasserbauwerke weisen zur Hochwasserentlastung Überlaufschwellen auf, über die die Leistung des Abwasserbauwerkes übersteigende Wassermenge direkt abgeführt werden kann.
Bei starken Regenfällen kann die Wassermenge kurzfristig derart stark ansteigen, dass das Ableitungsvermögen der Überlaufschwelle nicht genügt, wodurch der Wasserspiegel weiter ansteigt und einen Rückstau in der Zuleitung bewirkt.
Aus dem "Fachwörterbuch für Bewässerung und Entwässerung", erschienen im Verlag Franckhische Verlagshandlung Stuttgart 1971, S. 398/399, ist ein hydraulischer Heber bekanntgeworden, bei dem unter dem durch ein gebogenes Blech gebildeten Hauptheber ein sog. Bahyheber eingesetzt ist. Dieser Babyheher bewirkt, dass durch den von ihm ausgestossenen unterwasserseitigen Wasserstrahl durch Verschliessen des Unterwasserteils des Haupthebers dessen Anspringen bewirkt wird, bevor der oberwasserseitige Wasserspiegel den Scheitel des Haupthehers erreicht hat. Der Babyheber dient folglich einzig dazu, den Hauptheber zu starten, ohne dass dazu der Wasserspiegel den Scheitel des Haupthebers erreicht.
Gegenüber den älteren bekannten Wasserhebern hat dieser mit einem Starter (Babyheber) versehene Heber den Vorteil, früher anzuspringen; es ist hingegen nicht möglich, die Wirkungsweise des Wasserhebers damit mehrstufig auszubilden und das schlagartige Einsetzen und Abbrechen der Entnahme zu dämpfen.
Aus der FR-A1-2.186.612 ist eine Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte bekannt. Mittels eines ober- und unterwasserseitig gleich lange Schenkel aufweisenden, mehrzelligen Hebers wird oberwasserseitig aus dem Bereich des Beckenbodens spezifisch dichtere Flüssigkeit abgeführt.
Durch Aufteilen des Hebers in eine Mehrzahl von kleinen Heberabschnitten kann einerseits ohne Verlängerung der Ueberlaufschwelle eine grössere Wassermenge abgeführt und schon bei einem Wasserstand unter dem Ansprechpunkt eines herkömmlichen Hebers abgesaugt werden, welche sich dann mit zunehmenden Zufluss zum Bauwerk steigern lässt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Heber zu schaffen, mit dem Wasser dosiert und ohne schlagartiges Einsetzen und Abbrechen der Entnahme abgeführt werden kann und in vorgebbarer Menge abführbar ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Der hydraulische Heber wird stufenweise ausgeschaltet und auch die Menge der vom Heber abgesaugten Wassermenge wird dem jeweiligen Oberwasserspiegel angeglichen.
Anhand illustrierter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur l: eine perspektivische Darstellung eines Abwasserbauwerkes mit einer Ueberlaufschwelle,
Figur 2: einen Querschnitt durch die Ueberlaufschwelle längs Linie II-II in Figur l,
Figur 3: einen Querschnitt durch die Ueberlaufschwelle längs Linie II-II in Figur l in einer anderen Ausführungsform,
Figur 4: eine Draufsicht auf eine kreisförmige Ueberlaufschwelle,
Figur 5: einen Querschnitt längs Linie V-V in Figur 4 und
Figur 6: ein nicht massstäbliches Diagramm des Verlaufes der abgeführten Wassermengen.

In Figur l ist ein aus Beton hergestelltes Abwasserbauwerk l, z.B. ein Entlastungsbecken 7 oder ein Kanal (in Figur l nur in strichpunktierten Linien angedeutet), mit einer Ueberlaufschwelle 3 von der Länge L und der Höhe h₁, einem Zulauf 5 in das Entlastungsbecken 7, einem Ablauf 9 am Boden des Entlastungsbeckens 7, einer Ueberlaufsammelrinne ll mit einem Ablauf l3 (es könnte auch ein natürliches Gewässer sein) sowie einer Tauchwand l5, die auch als Sieb ausgebildet sein kann und verhindert, dass grosse Gegenstände zur Schwelle 3 gelangen können.
Ueber der Ueberlaufschwelle 3 sind mehrere im wesentlichen aus gebogenen Platten l7 und daran anschliessenden flachen Platten l9 zusammengesetzte, je einen Heber bildende Abdeckungen 20, 20′,20",20‴ angeordnet, wobei die Platten l9 auch eine Krümmung aufweisen können, so dass deren untere Kanten entweder zum Sockel der Ueberlaufschwelle hin- oder von diesem weggerichtet sind (andeutungsweise dargestellt in Figur 2 in gebrochenen Linien).
Die Abdeckungen 20,20′,20",20‴ verlaufen parallel und in konstantem Abstand zueinander, so dass die Querschnitte der zwischen den Abdeckungen 20,20′; 20′, 20"; 20", 20‴; bzw. zwischen der Ueberlaufschwelle 3 und der Abdeckung 20 liegenden gekrümmten Räume 2l,2l′,2l" und 2l‴ stets konstant ist. Es versteht sich von selbst, dass durch unterschiedliche Abstände zwischen den übereinanderliegenden Abdeckungen 20...20‴ die Mengencharakteristik veränderbar ist. Seitlich sind die Räume 2l,2l′,2l",2l‴ durch die beiden Wände 23 und 24 des Entlastungsbeckens 7 oder durch andersweitig ausgestaltete Abdeckungen geschlossen. Im Scheitel weisen die gebogenen Platten l7 Oeffnungen l8 auf, durch die die gefangene Luft beim Ansteigen des Wasserspiegels entweichen kann. Zur Vermeidung des Ausfalls des gesamten Hebers infolge Verstopfung durch Schwemmgut kann dieser in Teillängen aufgeteilt werden. Zu diesem Zweck sind die Räume 2l...2l‴ durch eine oder mehrere vertikale Zwischenwände 25 aufgeteilt.
Wenn im Entlastungsbecken 7 der Wasserspiegel bis zur Höhe h₂ ansteigt, d.h. bis zum Scheitel der Abdeckung 20, so dass der Raum 2l vollständig gefüllt ist, setzt die Heberwirkung der Wassersäule im aussenliegenden Teil des Raumes 2l ein und saugt Wasser aus dem Innern des Entlastungsbeckens 7. Bei weitersteigendem Oberwasserspiegel setzt in der Folge ein Heberabschnitt nach dem anderen ein, sobald jeweils der Scheitel der nächsthöheren Abdeckung 20′...20‴ überflutet wird. Bis zum Einsetzen der Saugwirkung läuft das Wasser jeweils in freiem Ueberfall durch den Heberabschnitt, d.h. durch die Räume 2l...2l‴. Wenn alle Heberabschnitte in Betrieb sind, wird die durch den Querschnitt der Heber und die Länge X des äusseren Schenkels (der Platte l9) des Hebels gegebene maximale Wassermenge gefördert, welche wesentlich über der Menge liegt, die in freiem Ueberfall abführbar wäre. Die Saugwirkung setzt also stufenweise ein, weil anfänglich nur der zuunterst liegende Heber zu arbeiten beginnt. Im Gegensatz zum einräumigen Heber kann beim mehrräumigen Heber bereits bei geringem Anstieg des Oberwasserspiegels durch den ersten Heberabschnitt eine gedeutend grössere Wassermenge abgeführt werden als beim freien Ueberfall im einräumigen Heber bei gleichem Oberwasserstand.
Wenn alle Platten l9 unterwasserseitig im wesentlichen gleich lang sind (Länge X, die selbstverständlich grösser ist als die oberwasserseitige Saughöhe) und unten auf etwa gleicher Höhe h₀ enden, so ist die Saugleistung jeder Stufe des Hebers gleich (wenn die unterschiedlichen Höhen h₂...h₅ der Schenkel vernachlässigt werden). Um die bei starken Regenfällen meist nicht linear, sondern mit zunehmender Geschwindigkeit ansteigende Wassermenge auch durch eine zunehmende Saugleistung abführen zu können oder auch aus regulierungstechnischen Gründen die Saugleistung zu erhöhen, sind die Platten l9 der aussenliegenden Abdeckungen 20 länger als die innenliegenden ausgebildet und erhöhen damit die Saugleistung der äusseren Heberabschnitte.
Es kann auch sein, dass unterwasserseitig nicht beliebig viel Wasser zugeführt werden kann. In diesem Fall werden die aussenliegenden Abdeckungen 20 kürzer als die innenliegenden ausgebildet. Dadurch bleibt die abgeführte Wassermenge bei steigendem Oberwasser gleich oder nimmt sogar ab.
Anstelle von mit konstantem Abstand a angeordneten Platten (l7...l7"") und Platten (l9...l9"") kann zur Erhöhung der Absaugmenge auch der Abstand nach aussen zunehmend gestaltet werden, so dass grösser dimensionierte Hebel entstehen. Bei Verringerung des Abstandes vermindert sich die Wirkung des Hebers entsprechend.
Wenn die aussenliegenden Platten l9 der Heber in das Unterwasser eintauchen, so wird die dem Unterwasser zugeführte Wassermenge mit steigendem Unterwasserspiegel reduziert und damit eine Regulierung des Zulaufs erreicht.
Damit beim Zurückgehen der Zuflussmenge, d.h. bei Absinken des Oberwasserspiegels, das Entlastungsbecken 7 nicht von der durch den hohen Wasserstand beim höchsten Zufluss in Betrieb gesetzten hohen Absaugleistung sehr rasch auf das Niveau h₁ der Schwelle 3 abgesenkt wird und dann schlagartig aussetzt, liegen die Kanten 22...22"" der gebogenen Platten l7...l7"" ansaugseitig nicht auf der Höhe h₁ wie die der am weitesten innenliegenden Abdeckung 20, sondern jeweils auf der Höhe h₃...h₅ des Scheitels der direkt darunter angeordneten Abdeckung 20...20". Mit dieser Massnahme wird bewirkt, dass beim Absinken des Wasserspiegels unter h₄, d.h. unter den Scheitel der zweitobersten Abdeckung 20‴, Luft durch die Oeffnung in den Heber eintreten kann und diesen ausschaltet. Die Abschaltung des Hebers erfolgt damit nicht schlagartig, sondern es setzt nur die Wirkung des äussersten Abschnittes aus. Das Wasser läuft im äussersten Abschnitt in freiem Ueberlauf dennoch weiter, bis der Wasserspiegel auf h₄ abgesunken ist und nun den zweitäussersten Heber ausser Betrieb setzt, usw.
Die Saugleistung des Hebersystems nach der Erfindung kann somit von Ober- und Unterwasser wasserstandsabhängig oder -unabhängig gestaltet werden.
Das Hebersystem kann nicht nur an einer geraden Ueberfallkante angewendet werden, sondern auch an einem zylindrischen Ablauf entsprechend der Darstellung in den Figuren 4/5.
Zur Veranschaulichung der mit einem wasserstandsabhängigen Hebersystem abführbaren, ansteigenden Wassermenge zeigt Figur 6 ein schematisches Diagramm. Die strichpunktierte Linie zeigt die abgeführte Menge pro Zeiteinheit bei freiem Ueberfall ohne Heber, die gestrichelte Linie die Menge mit einem einzigen Heber und die ausgezogene Linie die Menge mit dem in Abschnitte aufgeteilten Hebersystem nach der Erfindung gemäss Beispiel von Figur 3.
Anstelle von unterschiedlich langen Platten l9...l9‴ könnten zur Regulierung der Saugleistung der Heberabschnitte mechanisch verschliessbare Oeffnungen zum Verkürzen oder Verlängern der Saughöhe (X...X‴) in den Platten l9...l9‴ angebracht sein (keine Abbildung).
Sofern der Unterwasserstand so weit ansteigt, dass eine oder mehrere der Platten l9...l9‴, d.h. deren Unterkanten, in diesen eintauchen, so wird, wie bereits erwähnt, die Leistung der jeweiligen Heberabschnitte um die verminderte Saughöhe herabgesetzt.

Claims

Hydraulischer Heber für eine Wasserüberlaufschwelle (3) an einem Wasserbauwerk (1), bestehend aus einem den Scheitel der Schwelle (3) in einem im wesentlichen konstanten Abstand umgebenden, aus einer gebogenen Platte (17) und einer unterwasserseitig daran anschliessenden, im wesentlichen flachen Platte (19) hergestellten Abdeckung (20''') wobei der den Heber bildende Raum (21) zwischen der Schwelle (3) und der Abdeckung (20''') in mehrere, parallel zueinander verlaufende, übereinander angeordnete Heberabschnitte bildende Räume (21...21''') aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Scheiteln der Platten (17...17''') Oeffungen (18) angebracht sind, sich die einlaufseitigen Kanten (22...22''') der gebogenen Platten (17...17''') auf der Höhe (h...h4) des Scheitels der darunterliegenden Abdeckung (20...20''') befinden und die oberwasserseitigen Einlauföffnungen der Heberabschnitte oberhalb ihrer jeweiligen Auslauföffnungen angeordnet sind.
Hydraulischer Heber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen (X...X''') der Platten (19...19''') der Abdeckungen (20..20''') unterwasserseitig von innen nach aussen zunehmen.
Hydraulischer Heber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen (X...X''') der Platten (19...19''') der Abdeckungen (20...20''') unterwasserseitig von innen nach aussen abnehmen.
Hydraulischer Heber nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen (X...X''') der Platten (19...19''') auf der gleichen Höhe h0 enden.
Hydraulischer Heber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Räume (21...21''') durch vertikal angeordnete Zwischenwände (24) unterteilt sind.
Hydraulischer Heber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den gebogenen Platten (17...17''') und den Platten (19...19''') zunimmt/abnimmt.
Hydraulischer Heber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (19...19''') in das Unterwasser eintauchen.