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Durch Luftpolster ausbalancierte Wehrklappe.
Bekannt sind Wehrklappenkonstruktionen, bei denen die Wehrklappe und der auf ihr lastende Wasserdruck mittels eines über dem Flusslauf aufgehängten Gegengewichtes, das über einen Balancier mittels Zugstangen auf die oberen Enden der Wehrklappe wirkt, ausbalanciert wird. Diese Zugstangen greifen einerseits an der Wehrklappe, anderseits an einem um eine waagrechte Achse schwenkbaren Hebel (Balancier) an, an dessen anderm Ende ein Kurvenstück befestigt ist, auf dem sich das Gegengewicht mittels Seile oder Ketten abrollt. Durch eine entsprechende Formgebung des Kurvenstückes kann erzielt werden, dass bei steigendem Oberwasserspiegel und daher steigendem Wasserdruck auf die Wehrklappe diese Wehrklappe sich nur um so viel senkt, dass der normale Oberwasserspiegel eingehalten wird.
Der Vorteil dieser Konstruktion liegt einerseits in der nachgiebigen Aufhängung der Wehrklappe, die unvorhergesehene Beanspruchungen der Klappe durch Schwemmgut (Treibeis, Baumstämme od. dgl.) durch deren selbsttätiges Zurückweichen verhindert, anderseits in der Möglichkeit, durch geeignete Abmessungen und Formung des Kurvenstückes eine selbsttätige Einhaltung des normalen Oberwasserspiegels bei veränderlichem Wasserzustrom zu erreichen. Die Nachteile dieser bekannten Konstruktion ergeben sich aber aus folgenden Ausführungen : Da die Lagerung des Hebels (Balanciers) oberhalb des Flussbettes angebracht werden muss, so sind komplizierte und teure brückenartige Konstruktionen über dem Flusslauf notwendig, wenn der Fluss einigermassen breit ist.
In diesem Falle müssen nämlich längs der Klappenoberkante, über die Breite des Flusses hinweg mehrere Zugstangen angebracht werden, um ein Durchbiegen der langen Wehrklappe zu vermeiden. Entsprechend der Anzahl der Zugstangen sind auch Balanciers notwendig, die ihrerseits auf dem brückenartigen Gerüst gelagert werden müssen. Diese Brücke macht die Konstruktion einerseits teuer, anderseits wird durch diese Brücke das freie Flussprofil unangenehm beengt (Flossfahrt usw.).
Ausser dieser Konstruktion mit Gegengewicht sind auch Konstruktionen bekannt, bei welchen statt des Gegengewichtes Kolben, die sich in Druckzylindern bewegen, angebracht sind. Die Fixierung der Klappe in einer bestimmten Lage geschieht dann durch Absperrung der Druckflüssigkeit mittels eines Hahnes. Da die Druckflüssigkeit nicht zusammendrückbar ist, so ist die Klappenaufhängung hier also unnachgiebig. Auch geschieht hier, wie im ersten Beispiel, die Lagerung der Hebel, an welchen einerseits die Zugstangen, anderseits die Kolbenstangen angreifen, über dem Flussbett, wodurch ebenfalls eine Brückenkonstruktion mit den obenerwähnten Nachteilen notwendig ist, wenn das Flussbett breit ist und die Klappe auch in der Mitte aufgehängt werden muss.
Endlich sind noch Wehrklappenkonstruktionen bekannt, bei denen die Klappe von unten her durch eine direkt angreifende Kolbenstange abgestützt wird, deren Kolben in einem Presszylinder, der sich an der Flusssohle abstützt, beweglich ist. Die Klappe wird durch Absperrung der Pressflüssigkeit in ihrer Lage gehalten, ist also unnachgiebig gestützt, anderseits ist aber bei dieser Anordnung des Presszylinders keine Brückenkonstruktion mit ihren unangenehmen Begleiterscheinungen (hoher Preis und Einengung des Flussprofils) notwendig, wenn der Fluss breit ist und die Klappe mehrmals abgestützt werden muss.
Nach der Erfindung soll nun die von unten her an die Wehrklappe direkt angreifende Kolbenstange mit in einem Presszylinder beweglichem Kolben kombiniert werden mit einem unter Druck stehenden Luftpolster in einem ausserhalb des Flussbettes stehenden Winddruckkessel, so dass hiedurch eine Ausbalancierung der Kräfte auf die Wehrklappe erreicht werden kann, so wie es bei der zuerst beschriebenen Konstruktion mit Balancier und Gegengewicht der Fall ist, ohne dass eine teure Brückenkonstruktion, die das freie Flussprofil beeinträchtigt, notwendig ist.
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In dieser Kombination liegt der Grundgedanke der Erfindung.
Durch eine entsprechende Dimensionierung der Grösse des Kolbens mit Rücksicht auf die Grösse der Wehrklappe und der Tiefe des Flusses und des Volumens des Luftpolsters im Winddruckkessel sowie durch die richtige Wahl der Grösse des Druckes im Winddruckkessel kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden wie durch die Formgebung der Kurve auf den obenerwähnten Balancier, d. i. die selbsttätige Einhaltung des Oberwasserspiegels bei veränderlichem Wasserzustrom.
In dieser selbsttätigen Einhaltung des Oberwasserspiegels mit Hilfe dieser neuen Mittel liegt ein weiterer Erfindungsgedanke.
Die, erfindungsgemässe Konstruktion vereinigt den Vorteil der Möglichkeit der Ausbalancierung der Kräfte auf die Wehrklappe ohne teure, das Flussprofil einengende Brückenkonstruktionen bis zur völlig selbsttätigen Einhaltung des Oberwasserspiegels bei verschiedenem Wasserzustrom mit dem Vorteil
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Schwemmgut durch Zurückweichen verhindert.
In der Zeichnung ist eine solche erfindungsgemässe Konstruktion skizziert. 1 ist die um die horizontale Achse 2 schwenkbare Wehrklappe. Im Gelenk 3 greift die Kolbenstange 4 an, die an ihrem andern Ende den Kolben 5 trägt. Dieser Kolben 5 bewegt sich, gut abgedichtet, in einem Zylinder 6, der im Gelenk 7 derartig gelagert ist, dass er der drehenden Bewegung der Klappe 1 im Gelenk 3 folgen kann.
Der Zylinder 6 ist einerseits mittels des Druckrohres 9 an den Windkessel 12, anderseits mittels des Rohres 8 an den Behälter 13 angeschlossen.
Eine Flüssigkeitsdruckpumpe 14 kann Flüssigkeit vom Behälter 13 vermittels der Rohrleitungen 15 und 16 in den Winddruckkessel12 pressen. Eine Luftdruckpumpe 17 dient vermittels des Rohres 18
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und 22 gestatten die Drosselung bis zur gänzlichen Absperrung der Rohrleitungen, in denen sie sitzen. Das Ventil 23, mit Handrad, dient zum Auslassen der Luft aus dem Winddruckkessel12. 24 ist ein Flüssigkeitsstandanzeiger.
Die Wirkung der Erfindung ist wie folgt : In der Zeichnung ist die Grundstellung der Wehrklappe stark ausgezogen (1). Die auf die Wehrklappe lastenden Drücke halten sich über den Kolben 5 im Zylinder 6 vermöge der Druckflüssigkeit mit der im Winddruckkessel eingeschlossenen komprimierten
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Der Raum ober dem Kolben 5 im Zylinder 6 sowie die Rohrleitung 8 und der Behälter 13 sind mit derselben Flüssigkeit angefüllt. Das Flüssigkeitsniveau im Behälter 13 steht entweder mit der freien Luft direkt in Verbindung und liegt dann höher wie der höchste Punkt des Zylinders 6 so, dass in den Zylinder 6 keine Luft eindringen kann (Rostgefahr) oder-der Behälter 13 ist analog dem Behälter 12 als Winddruckkessel ausgebildet.
Strichpunktiert eingezeichnet und mit 11 bezeichnet sind die Lagen der Wehrklappe 1, des Kolbens 5 und der Niveauflächen in den Behältern 12 und 13, die dann eingenommen werden, wenn durch Erhöhung des Stauspiegels bei Über-oder Hochwasser und den dabei auftretenden grösseren Drücken die Wehrklappe sich in die Stellung 11 gesenkt hat. Dabei kommt der Kolben 5 ebenfalls in seine Stellung 11 und drückt die Druckflüssigkeit so weit in den Winddruckkessel12, bis der darin infolge der Kompression ansteigende Luftdruck sich mit den Drücken der Wehrklappe das Gleichgewicht hält. Kolben und Luftpolster im Winddruckkessel sind derart dimensioniert, dass dieses Gleichgewicht dann eintritt, wenn der Oberwasserspiegel die konzessionierte Staukote wieder erreicht hat.
Sinkt der Oberwasserspiegel unter die Staukote, so werden die Drücke auf die Wehrklappe 1, den Kolben 5 und im Winddruckkessel12 kleiner, die Luft dehnt sich aus und drückt mit Hilfe der Druck- flüssigkeit den Kolben Jund damit die Wehrklappe 7 so weit nach oben, bis wieder Gleichgewicht herrscht, was erfindungsgemäss durch den richtig dimensionierten Luftpolster im Winddruckkessel12 dann eintritt, wenn der Oberwasserspiegel die konzessionierte Staukote erreicht hat.
Durch mehr oder weniger Öffnen der Hähne 10 und 11 ist es möglich, die Durchflussgeschwindig- keit der Druckflüssigkeit durch die Rohrleitungen 8 und 9 so zu regeln, dass dadurch eine wirksame Dämpfung der Wehrklappenbewegung erreicht wird und daher das Wehr nicht pendelt.
Die Flüssigkeitspumpe 14 dient einerseits bei der Montage der Anlage zum Einpumpen der Druckflüssigkeit in jener Menge, wie es der gewünschte Stauspiegel erfordert, anderseits während des Betriebes zum Wiedereinpumpen jener Druckflüssigkeit, die durch etwaige Undichtheiten am Kolben 5 in den Raum oberhalb des Kolbens gedrungen ist und durch die Rohrleitungen 8, den Behälter 13 und den Rohrleitungen 15 zur Pumpe 14 gesaugt werden kann.
Ist der Behälter 13 als Winddruckkessel wie Behälter 12 ausgeführt, so kann auch die Oberfläche des Kolbens 5 unter beliebigen Druck gestellt werden. Die resultierende Kraft auf den Kolben 5 ist dann die Differenz der Druckkräfte auf die beiden Kolbenseiten. Durch diese Einrichtung ist eine zusätzliche Beeinflussung des Druckverlaufs auf den Kolben 5 während dessen Bewegung im Zylinder 6 möglich.
Die ursprüngliche Beeinflussung geschieht durch die Dimensionierung des Luftpolsters im Winddruckkessel 12..
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Der Antrieb der bei den Pumpen 14 und 17 kann sowohl von Hand als auch maschinell erfolgen.
Entsprechend der jeweiligen Wehrgrösse (Breite) können die Druckkräfte auf die Wehrklappe auch auf mehrere Druckkolben verteilt werden, die dann alle auf einem Windkessel in der geschilderten Weise wirken können oder auch jeder für sich auf einen gesonderten Winddruckkessel.
Ebenso kann die Einrichtung so getroffen werden, dass immer je eine Gruppe von Zylindern 6 mit Kolben 5 auf einem Winddruckkessel arbeitet und dass mehrere solche Gruppen für eine Wehrklappe vorgesehen sind.
Im Falle der Anordnung von mehreren Winddruckkesseln und Zylindern sind zwischen allen Rohrleitungen 9 einerseits und allen Rohrleitungen 8 anderseits Ausgleichsrohrleitungen angeordnet, damit die Drücke in den verschiedenen Gruppen gleichgehalten werden können. In diesen Ausgleichsleitungen sind Absperrhähne angebracht, damit nach erfolgtem Druckausgleich und Schliessen dieser Hähne jede Gruppe für sich arbeitet. Dies hat einerseits den Vorteil, dass bei Versagen einer Gruppe (durch Rohrbruch etwa) die andern Gruppen vollkommen betriebsfähig bleiben, so dass durch Nachpumpen in den unbeschädigten Gruppen die Pressungen so erhöht werden, dass diese intakten Gruppen bis zur Reparatur der defekten Gruppe allein den Drücken am Wehr das Gleichgewicht halten können, anderseits fliesst bei einem Rohrbruch nicht die ganze Druckflüssigkeit aus.
Die Winddruckkessel 12 und 13 sind zweckmässig ausserhalb des Flussbettes anzubringen. Es können aber auch die Luftpolster direkt im oder um den Zylinder 6 angeordnet werden, was den Vorteil des Entfalls der Druckleitungen 8 und 9 hat.
Beim Anordnen von mehreren Winddruckkesseln und Kolben kann es vorkommen, dass durch übergrosse äussere Kräfte (z. B. Eis an der Wehrwange) der zunächstliegende Zylinder diesen Widerstand nicht überwindet und die Wehrklappe beim Fallen des Oberwasserspiegels hier zurückbleibt, während die andern Zylinder die Wehrklappe unbehindert nach oben drücken und sie daher zu verbiegen trachten.
Damit diese ungleichmässige Beanspruchung der Wehrklappe sofort bemerkt und behoben werden kann, sind in den Manometern 19 der Winddruckkessel 12 elektrische Kontaktvorrichtungen angebracht, die es ermöglichen, ungleichmässige Drücke in den Winddruckkesseln als Alarmsignal kenntlich zu machen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Durch Luftpolster ausbalancierte Wehrklappe (1), die um eine horizontale, an der Sohle des Wasserlaufes befindliche Achse (2) drehbar ist und die mittels einer Kolbenstange (4) mit in einem Presszylinder (6) beweglichem Kolben (5) von unten her direkt abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressflüssigkeit im Presszylinder (6) mittels einer Rohrleitung (9) mit einem ausserhalb des Flussbettes befindlichen Winddruckkessel (12) von so hoher Pressung in Verbindung steht, dass durch diese Pressung die Wehrklappe, bei normalem Wasserzufluss, in Schlussstellung gehalten wird.