[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein hydraulischer Heber an einer Wasserüberlaufschwelle
an einem Wasserbauwerk gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 (vgl. FR-A- 2 186
612).
[0002] Abwasserbauwerke weisen zur Hochwasserentlastung Überlaufschwellen auf, über die
die Leistung des Abwasserbauwerkes übersteigende Wassermenge direkt abgeführt werden
kann.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
[0010] Der hydraulische Heber wird stufenweise ausgeschaltet und auch die Menge der vom
Heber abgesaugten Wassermenge wird dem jeweiligen Oberwasserspiegel angeglichen.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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).
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] Die Saugleistung des Hebersystems nach der Erfindung kann somit von Ober- und Unterwasser
wasserstandsabhängig oder -unabhängig gestaltet werden.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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).
[0025] 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.
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Hydraulischer Heber nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen
(X...X''') der Platten (19...19''') auf der gleichen Höhe h0 enden.
5. Hydraulischer Heber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Räume (21...21''') durch vertikal angeordnete Zwischenwände (24) unterteilt sind.
6. 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.
7. Hydraulischer Heber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Platten (19...19''') in das Unterwasser eintauchen.
1. Hydraulic siphon for a spillway (3) of a hydraulic structure (1) consisting of a curved
plate (17) on the crest of the spillway (3) with a substantially uniform surrounding
spacing and of a substantially flat plate (19) on the underwater side connecting to
a manufactured cover (20''') whereby the space (21...21''') forming the spillway between
the spillway (3) and the cover (20''') is divided into several siphon section forming
spaces (21...21''') running parallel to each other, arranged one over the other with
openings (18) arranged on the crests of the plates (17...17'''), characterized in
that
the inlet edges (22...22''') of the curved plates (17...17''') are located at the
height (h...h4) of the crest of the curved underlying cover (20...21''') and the inlet
orifices of the siphon sections above the water are located above their discharge
orifices respectively.
2. Hydraulic siphon according to Claim 1, characterized in that the lengths (X...X''')
of the plates (19...19''') of the coverings (20..20'') on the underwater side increase
from the inside to the outside.
3. Hydraulic siphon according to Claim 1, characterized in that the lengths (X...X''')
of the plates (19...19''') of the coverings (20..20'') on the underwater side decrease
from the inside to the outside.
4. Hydraulic siphon according to Claims 1 to 3, characterized in that the lengths (X...X''')
of the plates (19...19''') end at the same height h0.
5. Hydraulic siphon according to the Claims 1 to 4, characterized in that the spaces
(21..2l''') are divided through vertically arranged intermediate partitions (24).
6. Hydraulic siphon according to the Claim 1 to 5, characterized in that the spacing
between the curved plates (17...17''') and the plates (19...19''') increases or decreases.
7. Hydraulic siphon according to the Claim 1 to 6, characterized in that the plates (19...19''')
are immersed in water.
1. Siphon hydraulique pour seuil de déversement d'eau (3) sur une installation hydraulique
(1), comprenant un élément de recouvrement (20''') qui entoure à distance sensiblement
constante le sommet du seuil (3) et qui est formé d'une plaque courbe (17) et d'une
plaque (19) sensiblement plane reliée en amont à la précédente, la cavité (21) constituant
le siphon étant divisée entre le seuil (3) et l'élément de recouvrement (20''') en
plusieurs cavités (21...21''') parallèles entre elles et formant des parties de siphon
superposées, caractérisé en ce que des ouvertures (18) sont pratiquées au sommet des
plaques (17...17'''), que les bords (22...22'''), des plaques courbes (17...17'''),
situés du côté de l'entrée se trouvent chaque fois à la hauteur (h...h4) du sommmet
de l'élément de recouvrement (20...20''') sous-jacent et que les ouvertures d'entrée
des parties de siphon, situées en amont, sont prévues au-dessus des ouvertures de
sortie respectives.
2. Siphon hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les longueurs respectives
(X...X''') des plaques (19...19''') des éléments de recouvrement (20...20''') en aval
augmentent de l'intérieur vers l'extérieur.
3. Siphon hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les longueurs respectives
(X...X''') des plaques (19...19''') des éléments de recouvrement (20...20''') en aval
diminuent de l'intérieur vers l'extérieur.
4. Siphon hydraulique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les
longueurs (X...X''') des plaques (19...19''') se terminent à la même hauteur h0.
5. Siphon hydraulique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les
cavités (21...21''') sont séparées par des cloisons verticales (24).
6. Siphon hydraulique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'écartement
augmente ou diminue entre les plaques courbes (17...17''') et les plaques (19...19''').
7. Siphon hydraulique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les
plaques (19...19''') plongent dans l'eau d'aval.