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Vorrichtung für den Flüssigkeitsabzug von der Oberfläche von Becken
od.dgl.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den rlüssigkeitsabzug
von der Oberfläche von Becken od.dgl., insbesondere Abwasserbecken, mit einem um
ein horizontalachsiges Gelenk in der Nähe des Beckenbodens schwenkbaren Einlaufrohr,
dessen Mund stück mit einem oder mehreren Schwimmkörpern verbunden ist und durch
den kombinierten Auftrieb des Einlaufrohres und der Schwimmkörper dem Flüssigkeitsspiegel
derart
folgt, daß die Einlaufkante des Mundstücks sich immer nalie
unter dem Flüssigkeitsspiegel befindet.
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Eine Vorrichtung dieser Art kann auch bei stark schwankendem Flüssigkeitsstand,
z.B. in einem Abwassersammelbecken, weitgehend gleichbleibende Plüssigkeitsmengen
aus dem oberflächennahen Bereich abziehen, da das Mundstück mit der Einlauföffnung
durch die Schwimmkörper immer im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche gehalten wird.
Bisher hat man dabei jedoch der gegenseitigen Anordnung des Mundstücks und der Schwimmkörper
wenig Beachtung geschenkt. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß die pro Zeiteinheit
abgezogene J?Iüssigkeitsmenge bei unterschiedlicher Höhe des Plüsslgke>'sspiegels
nicht genau gleich bleibt. Als Ursache hierfür -urde gemäß der vorliegenden Erfindung
erkannt, daß bei der wechselnden Schrägneigung des dem Wasserspiegel folgenden Einlaufrohrs
dessen Mundstück gegenüber den Schwimmkörpern relative Kippbewegungen ausführt,
durch die sich auch die Lage seiner Einlaufkante relativ zum Wasserspiegel ändert.
Die horizontale Achse dieser Kippbewegung ist entweder die Gelenkachse bei einer
gelenkigen Verbindung zwischen#Mundstück und Schwimmkörper, oder bei starrer Verbindung
zwischen Mundstück und Schwimmkörper die durch die geometrische Form des Schwimmkörpers
bestimmte Kippachse des Schwimmkörpers selbst. Bei den bekannten Ausführungsforinen
liegt die Einlaufkante des Mundstücks gegenüber der Kippachse so, daß sich die-
Einlaufkante
relativ zum Schwimmkörper nach oben bewegt, wenn das
Einlaufrohr bei steigendem Wasserspiegel eine steilere Stellung einnimmt, so daß
die pro Zeiteinheit abfließende Wassermenge bei höherem Wasserspiegel geringer ist
als bei niedrigem. Hinzu kommt, daß beim Hochschwenken des Ablaufrohres sich das
von den Schwimmkörpern aufzunehmende Gewicht des Einlaufrohres verringert, weil
seine senkrecht zur Rohrachse verlaufende Gewichtskomponente kleiner wird, was die
eben geschilderte unerwünschte Tendenz noch verstärkt. Einen erheblichen Einfluß
hat ferner der Wasserinhalt des Einlaufrohres, der bei steil stehendem Rohr geringer
ist als bei flach stehendem, weil das Wasser in der flachen Stellung langsamer abfließt
als in der steilen und daher einen größeren Teil des Rohrquerschnitts ausfüllt.
Auch dieses physikalisch bedingte Phänomen hat die unerwünschte Folge, daß das Rohrmundstiick
beim Aufrichten des Rohres immer stärker austaucht und hierbei immer weniger Wasser
schluckt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art
so zu verbessern, daß die zeitlich entnommene Flüssigkeitsmenge auch bei sehr verschiedenem
Flüssigkeitsstand möglichst konstant bleibt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine derartige
gegenseitige Anordnung des Mundstücks und der Schwimmkörper, daß bei allen im Betrieb
vorkommenden Stellungen des Einlaufrohres die Einlaufkante etwa in oder -bezüglich
der
Einlaufrichtung - hinter einer lotrechten Ebene liegt, die durch die von der Form
der Schwimmkörper und/oder von ihrer Befestigung am Mundstück bestimmte Achse verläuft,
um die sich das Mundstück bei Änderung seiner Neigung bezüglich des Wasserspiegels
dreht.
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Liegt die Einlaufkante des Mundstücks genau in derselben lotrechten
Ebene wie die Achse der Kippbewegung des Mundstücks relativ zum Schwimmkörper, dann
verläuft die kreisbogenförmige Bewegung dieser Kante relativ zum Schwimmkörper im
wesentlichen horizontal, und ihr von der Eintauchtiefe des Schwimmkörpers abhängiger
Abstand vom Wasserspiegel bleibt im wesentlichen unverändert. Dies ist eine für
viele Zwecke brauchbare Ausführungsform der Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die genannte Einlaufkante
jedoch bezüglich der Einlaufrichtung hinter der lotrechten Ebene durch die Achse
der Kippbewegung. In diesem Fall wird sich die Einlaufkante bei Kippbewegungen des
Mundstücks relativ zum Schwimmkörper und damit auch zum Wasserspiegel auch lotrecht
verschieben, und zwar so, daß ihr Abstand vom Wasserspiegel mit zunehmender Steilheit
des Einlaufrohres, d.h. mit steigendem Wasserspiegel, zunimmt. Dies würde an sich
einen verminderten Flüssigkeitsabfluß bei fallendem Wasserspiegel bedeuten.
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Andererseits aber hat, wie bereits weiter oben erwähnt, bei niedrigem
Wasserspiegel das Einlaufrohr eine flachere Stellung
und übt durch
sein Eigengewicht und seinen größeren.
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Wasserinhalt eine stärkere Belastung auf den Schwimmkörper aus als
bei steilerer Stellung. Der hierdurch bewirkten Änderung der Eintauchtiefe des Schwimmkörpers
wirkt die vorgenannte Änderung der Stellung der Einlaufkante relativ zum Schwimmkörper
entgegen, so daß sich bei geeigneter Wahl des Abstandes der Einlaufkante von der
genannten lotrechten Ebene ein weitgehend konstanter Flüssigkeitsabzug erreichen
läßt.
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Vorzugsweise ist die Einlaufkante relativ zu der Achse, um die sich
das Mundstück bei Änderung seiner Neigung relativ zum Schwimmkörper dreht, verschiebbar
angeordnet, so daß die genaue Kompensierung der beiden vorgenannten Effekte durch
nachträgliche Einstellung vorgenomnien werden kann.
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher
beschrieben.
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Fig. Fig. 1zeigt in Seitenansicht eine Einlaufvorrichtung gemäß der
Erfindung in einem Flüssigkeitsbecken.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach II-II von Fig. 1.
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Fig. 3 zeigen schematische Darstellungen zur Erläu-und 4 terung der
geometrischen Verhältnisse bei
verschiedener Höhe des Wasserspiegels
bei einer geänderten Ausführungsform der Erfindung.
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Gemäß Fig. 1 ist in einem Flüssigkeitsbecken 1, z.B.
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einem Klärbecken oder Regenrückhaltebecken einer Abwasserkläranlage,
in der Nähe des Bodens 2 an einem fest eingemauerten Abflußrohrstutzen 3 mittels
eines Rohrgelenks 4 ein schräg nach oben gerichtetes Einlaufrohr 5 angeschlossen,
so daß es um die horizontale Achse 6 schwenkbar ist.
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Das obere Mundstück 7 des Rohres 5 ist mittels einer Halterung 8 mit
zwei beiderseits des Mundst~ucks angeordneten Schwimmkörpern 10 verbunden, die um
eine horizonta c Achse 9 drehbar sind, so daß das Mundstück durch diese stzadig
im Bereich des Wasserspiegels 11 gehalten wird. Das Einlaufrohr 5 kann somit dem
steigenden oder fallenden Wasserspiegel folgen und nimmt beispielsweise bei niedrigerem
Wasserspiegel die in Fig. 1 strichpunktierte Lage 5' ein.
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Bei dieser Bewegung führt das Mundstück 7 zusammen mit den Schwimmkörpern
10 eine Translationsbewegung parallel zum Wasserspiegel aus, die hier nicht betrachtet
zu werden braucht, und außerdem eine Kippbewegung relativ zu den Schwimmkörpern
10 um die Achse 9. Durch diese Kippbewegung ändert sich die Lage der unteren Einlaufkante
12 des und stücks 7 relativ zum Schwimmkörper 10 und damit auch zum Wasserspiegel
11. Bei der gezeigten, bevorzugten AusEUhrungsform
liegt diese
Einlaufkante 12 bezüglich der Einlaufrichtung, die in Fig. 1 von links nach rechts
verläuft, hinter der durch die Achse 9 verlaufenden lotrechten Ebene. Das bedeutet,
daß die Einlaufkante 12 bei der Bewegung des Einlaufrohrs aus der Stellung 5 in
die Stellung 5' eine Schwenkbewegung um die Achse 9 entgegen dem Uhrzeigersinn ausführt,
und sich dabei relativ zum Schwimmkörper 10 und zum Wasserspiegel 11 geringfügig
nach oben bewegt, d.h. ihre Eintauchtiefe wird geringer. Dieser Effekt wird aber
dadurch kompensiert, daß in der Stellung 5' das Gewicht des Einlaufrohres mit Wasserinhalt
die Schwimmkörper 10 stärker belastet, so daß diese etwas tiefer eintauchen. Insgesamt
kann auf diese Weise erreicht werden, daß die Eintauchtiefe der Einlaufkante 12
im wesentlichen unverändert bleibt, so daß auch die pro Zeiteinheit abfließende
Flüssigkeitsmenge konstant bleibt.
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Je geringer das zu berücksichtigende Gewicht des Einlaufrohres 5
ist, desto näher wird man die Einlaufkante 12 an die durch die Achse 9 verlaufende
lotrechte Ebene heranrücken, so daß die lotrechte Komponente der Relativbewegung
der Einlaufkante 12 gegenüber dem Schwimmkörper 10 immer geringer wird.
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Im wesentlichen das gleiche gilt auch dann, wenn das Mundstück 7
mit dem Schwimmkörper nicht gelenkig, sondern starr verbunden ist; in diesem Fall
wird der Schwimmkörper
zusammen mit dem Mundstück entsprechend der
Neigungsänderung des Einlaufrohres 5 eine Kippbewegung relativ zum Wasserspiegel
ausführen. Die gedachte Achse dieser Kippbewegung (wenn wiederum die Translationsbewegung
außer acht gelassen wird) wird dann von der geometrischen Form und Anordnung des
oder der Schwimmkrörper abhängen und z.B. bei im Querschnitt rundem Schwimmkörper
13 gemäß Fig. 3 und 4 durch den Mittelpunkt M des Schwimmkörpers verlaufen. In Fig.
3, die eine steile Stellung des Einlaufrohres 5 zeigt, greifen im Punkt Sa die Auftriebskraft
A des Schwimmkörpers 13 und im Massenschwerpunkt 5m das Gewicht G des Einlaufrohres
5 mit Mundstück 7 an. In der Gleichgewichtslage taucht hierbei der Schwimmkörper
um den Betrag h ein, wodurch die Unterkante 12 der Einlauföffnung um das Maß t unter
der Flüssigkeitsoberfläche 11 liegt. Wird nun gemäß Fig. 4 das Rohr 5 infolge Absinkens
des Flüssigkeitsspiegels nach unten geschwenkt, dann würde, wenn man davon ausginge,
daß die Eintauchtiefe h des Schwimmkörpers gleich bleibt, die Unterkante der Einlauföffnung
praktisch in der gestrichelt dargestellten Flüssigkeitsoberfläche 11' zu liegen
kommen. Da aber die Gewichtskomponente Gd durch die veränderte Lage des Einlaufrohres
5 größer geworden ist, wird auch der Schwimmer stärker eingetaucht, und zwar um
den Betrag hG auf die neue Eintauchtiefe h'. Die Unterkante der Einlauföffnung hat
hierbei in etwa wieder die alte Stellung in einer Tiefe t unter der Flüssigkeitsoberfläche
11 eingenommen. Die vergrößerte Auftriebskraft A' greift dann auch in einem über
dem vorherigen Schwerpunkt 5a
liegenden Schwerpunkt Sa an. Mittelpunkt
der gedachten Schwenkbewegung der Einlaufkante 12 bezüglich des Wasserspiegels ist
dabei der Mittelpunkt M des runden Schwimmkörperquerschnitts.
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Selbstverständlich ist es auch denkbar, den oder die Schwimmkörper
so auszubilden, daß sie praktisch ein Teil des Mundstücks sind und dies z.B. seitlich
entgegen der Einlaufrichtung verlängern. Hier verbleibt je nach geometrischer Form
der Schwimmkörper der Punkt, an dem die Auftriebskraft angreift, nicht an derselben
Stelle, sondern kann sich horizontal und in beschränktem Umfang auch vertikal verschieben.
Auch hier muß dann aber in jeder Betriebsstellung die Forderung erfüllt sein, daß
die Einlaufkante hinter der durch die momentane Drehachse des Mundstücks gelegten
Vertikalebene liegen muß.
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Schließlich sei noch auf den Fall verwiesen, bei dem das spezifische
Gewicht des Einlaufrohres so gering ist, daß es sich von selbst vertikal einstellen
würde und durch ein am Einlaufende befestigtes Ballastgewicht zu den Wasserspiegelschwankungen
folgenden Bewegungen veranlaßt werden muß.
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Auch hier muß die in den nachstehenden Patentansprüchen formulierte
technische Lehre erfüllt sein.