Stauanlage mit versenkbarem Verschlusskörper Bei der Anlage von Stauwerken in breiten Fluss- läufen besteht das Bestreben, möglichst grosse Wehr öffnungen, d. h. möglichst grosse Abstände der Zwi schenpfeiler vorzusehen, da grosse Wehröffnungen besser den Anforderungen der Schiffahrt und auch gegebenenfalls der Eisabführung genügen. Diesen Be strebungen stehen jedoch, besonders wenn es sich gleichzeitig um grössere Stauhöhen handelt, insoferne Schwierigkeiten entgegen, als sich bei freitragenden Wehrverschlüssen infolge des hohen Wasserdruckes und der grossen Lichtweiten ein grosser Baustoffauf- wand ergibt.
Gleichzeitig sind aber auch die Vor richtungen für die Lagerung der Wehrverschlüsse in den Pfeilern und die Pfeiler selbst hohen Belastungen ausgesetzt; die Sicherung der Pfeiler gegen waag rechtes Abgleiten kann bei wenig widerstandsfähigen Bodenschichten zuweilen zu unüberwindlichen Schwierigkeiten führen bzw. zur Herabsetzung der Lichtweiten der Wehröffnungen Anlass geben.
Aber auch in den Fällen, wo als Verschlusskörper für den Aufstau zwischen den Pfeilern in der Sohle drehbar gelagerte Stauklappen verwendet werden und wobei der auf die Stauklappe wirkende Wasserdruck durch die Klappengelenke zum grössten Teil unmittelbar in die Wehrsohle geleitet wird, erwachsen - besonders bei grösseren Stauhöhen - dadurch Schwierigkeiten, dass an den Klappenenden die zum Bewegen der Klappen dienenden Vorrichtungen, das sind Hub stangen, Zahnstangen, Hubketten usw.
sehr grossen Belastungen durch den Wasserdruck auf die Klappe ausgesetzt sind und dass dadurch die die Hubmittel betätigenden Windwerke für diese grossen Kräfte be messen werden müssen und dementsprechend einen hohen Baustoff- und Kostenaufwand erfordern.
Es sind auch nach Oberwasser versenkbare Stau verschlüsse vorgeschlagen worden, die nach Art von Segmentverschlüssen um in den Pfeilern angeord- nete Drehlager auf und ab bewegt werden können und bei denen durch Anordnung einer nachgiebigen, federnden Lagerung in den Pfeilern der Dichtungs druck zwischen dem Verschlusskörper und der an der Wehrsohle befestigten Schleifdichtung geregelt werden kann. Dieser Anpressdruck muss jedoch möglichst klein gehalten werden, da sonst die grosse Dichtungsreibung eine Überbemessung der Windwerke bedingen würde und ausserdem die grossen Reibungs kräfte in kurzer Zeit zu einer Zerstörung der Längs dichtung führen würden.
Zweck der nachstehend beschriebenen Erfindung ist, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen und eine Wehrverschlussart zu schaffen, die sowohl für den Verschlusskörper selbst als auch für das da zugehörige Windwerk einen relativ geringen Baustoff aufwand erfordert und gleichzeitig die Belastung der Wehrpfeiler verringert.
Der Verschlusskörper ist ausser in den Pfeilern zusätzlich noch längs seines unteren Randes mit in Abständen angeordneten, nicht die Dichtung bilden den, aus Laufrollen bestehenden Abstützmitteln ver sehen, die sich gegen in der Wehrsohle bzw. Wehr wanne befestigte, der Absenkbewegung entsprechend geformte Laufschienen abrollend, abstützen.
Bei kreis- zylinderförmiger Stauwand bildet deren Achse die Drehachse des Verschlusskörpers ;.sie liegt dabei auf dessen Oberwasserseite und ihre Höhenlage in bezug auf die Wehrsohle wird dann derart gewählt, dass die für die Aufnahme des völlig abgesenkten Verschluss- körpers vorgesehene Wehrwanne eine möglichst ge ringe Tiefe aufweist und -der Verschlusskörper selbst in der tiefsten Absenklage einen möglichst geringen Aufstau verursacht.
In den Fig. 1 bis 7 sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Fig. 1 bis 3 beziehen sich auf zwei Anwendungsbeispiele der Erfindung bei Wehranlagen, wobei Fig. 1 den Querschnitt, Fig. 2 die dazugehörige Ansicht des ersten Ausfüh- rungsbeispieles und Fig. 3 den Querschnitt des zweiten Ausführungsbeispieles veranschaulicht. Fig. 4 zeigt im Querschnitt die Anwendung der Erfindung auf einen Schleusenverschluss, der gleichzeitig zum Füllen und Entleeren der Schleusenkammer bestimmt ist.
Fig. 5 stellt eine axonometrische Ansicht des Stauverschlusses von Unterwasser dar und erläutert grundsätzlich das Kräftespiel bei der erfindungs- gemässen Lagerung des Verschlusskörpers.
Fig. 6 und 7 veranschaulichen das vierte Ausführungsbei spiel, bei dem durch die erfindungsgemässe Anord nung von aus der Sohle herausragenden Konsolen, die zur Abstützung der unteren Laufrollen dienen, ein Anheben des Staukörpers über die Staulage und dadurch die Erzeugung eines Spühlstrahles unter dem Verschlusskörper ermöglicht wird.
In Fig. 1 ist mit 1 das kreiszylindrische, unter- wasserseitige, seine innere Hohlseite dem Oberwas ser zukehrende Mantelblech des im Querschnitt fisch bauchähnlichen Staukörpers, das gleichzeitig die Stau wand bildet, bezeichnet. Der untere Teil des ober- wasserseitigen Mantelbleches ist mit 2 und der obere stärker gekrümmte Teil mit 3 bezeichnet.
Der durch den Zusammenschluss der Mantelbleche gebildete biegungs- und verdrehungssteife, durch Endscheiben geschlossene Hohlkörper ist in angemessenen Ab ständen durch Zwischenquerrahmen 4 ausgesteift, die mit ihren unteren Begrenzungen an den längsver laufenden Steg 5 angeschlossen sind.
An den Quer rahmenorten sind unterhalb des Steges 5 an diesem sowie an den Mantelblechen 1 und 2 jeweils zwei Wandbleche 7 - Fig. 1. und 2 - angeschlossen, in denen die Achsen 23 der unteren Rollen 6 gelagert sind. Die Laufrollen 6 sind in der Regel an jedem Querrahmenort vorhanden ; bei kleineren Stauhöhen können jedoch die Rollen auch in grösseren Ab ständen angeordnet werden..Bei dem Ausführungs beispiel der Fig. 1 sind die Laufrollen, da sie auch das oberwasserseitige Mantelblech 2 durchdringen, mit einer Haube 8 gegen Oberwasser abgedeckt und dadurch gegen Verschmutzung geschützt. Die Lauf rollen 6 durchdringen das Staublech 1 und stützen sich gegen die in der Wehrsohle bzw.
Wehrwanne 16 eingelassenen, aber befestigten, nach einem Kreis bogen mit dem Mittelpunkt in der Zylinderachse 9 gekrümmten Schienen 10. Beim Absenken bewegt sich der Verschlusskörper um die Drehachse 9, wobei die Laufrollen 6 auf den Schienen 10 abrollen und somit in jeder Absenklage den Verschlusskörper ge gen die Wehrsohle abstützen.
Die Lagerung des Ver- schlusskörpers in den Pfeilern erfolgt hier an den im Pfeilermauerwerk befestigten Achsen 14 durch die Lager 13, die durch die beiden Stützarme 11 und 12 mit den Verschlusskörperenden verbunden sind. An die Wehrwannensohle 16 schliesst sich auf der Unter wasserseite derAbfallboden 18 und auf der Oberwas- serseite die normale Sohle 19 an. Die angenommene Unterwasserspiegel ist mit 20 und der Oberwasser- Spiegel mit 21 bezeichnet.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wurde angenommen, dass die Dichtung 15 am unterwasserseitigen Rand der Wehrwanne 16 be festigt ist und dass das kreiszylindrische Staublech 1 beim Absenken des Verschlusskörpers an der Dich tung 15 schleift. Da der Abstand zwischen Ver- schlusskörper und Dichtungsleiste durch die unteren Rollen 6 auf der ganzen Breite der Wehröffnung konstant gehalten wird, hat die Gummileiste keinen Anteil des Wasserdruckes auf dem Verschlusskörper aufzunehmen, sie ist infolgedessen genau einstellbar, und der Anpressdruck kann so geregelt werden,
dass bei Aufrechterhaltung einer einwandfreien Dichtheit die Abnutzung der Dichtungsleiste durch Reibung beim Auf- und Abbewegen des Schlusskörpers auf ein Mindestmass reduziert werden kann. Das untere Ende 17 des Verschlusskörpers ist hier schneiden artig ausgebildet und hat den Zweck, etwa entstan dene Ablagerungen aus der Wehrwanne mit Unter stützung der beim Absenken entstandenen Strömung aus der Wehrwanne zu beseitigen ; es könnte gleich zeitig auch als Dichtung ausgebildet werden, wobei die Dichtungsleiste dann am unteren Ende 17 des Verschlusskörpers anzubringen wäre.
Mit 22 ist die obere Kante des als Überfallhaube ausgebildeten oberwasserseitigen Mantelbleches 3 (an der der Zu- sammenschluss mit dem Staublech 1 erfolgt) bezeichnet.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Ausführungsbeispie- les nach Fig. 1 vom Oberwasser. Die Abstände der Zwischenquerrahmen 4 und gleichzeitig der unteren Laufrollen 6 bzw. der Laufschienen 10 sind mit 28 und für das Endfeld mit 29 bezeichnet.
In dieser Figur sind die paarweise angeordneten, der Lage rung der Laufrollenachsen 23 dienenden Wandbleche 7 in der Ansicht vom Oberwasser ersichtlich. Fig. 2 zeigt ausserdem die grundsätzliche Anordnung des Antriebes des Verschlusskörpers, bei dem ein von der Welle 35 angetriebenes Ritzel 34 in eine am Ver- schlusskörperende befestigte Zahnstange 33 eingreift.
Die Zahnstange kann entweder gerade sein und ist dann gelenkig am Verschlusskörper angeschlossen, oder sie kann am Verschlusskörper fest angeschlos sen sein und muss dann nach einem Kreisbogen mit dem Mittelpunkt in der Drehachse 9 des Verschluss- körpers gebogen sein. Die Antriebswelle 35 ist im Lager 36 drehbar am Pfeiler abgestützt. Die Dreh achse 14 ist fest im Pfeilermauerwerk gelagert.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 durch eine andersartige Ausbildung der Sohlendich tung, die eine Spülung der Wehrwanne 16 durch Ab lassen des Wehrverschlusses ermöglicht. Zu diesem Zwecke ist das unterwasserseitige, als Stauwand die nende Mantelblech 1 nach Oberwasser versetzt und weist gegenüber einem vorspringenden, an der Sohle befestigten Anschlagblech 25 einen mit 24 bezeich neten Abstand.
Gleichzeitig ist das längsverlaufende Stegblech 5 um das Stück 26 derart nach Unterwas- ser verlängert, dass in der Staulage die am Ver- Schlusskörper befestigte Dichtung 15 von unten an das vorstehende Sohlenblech 25 angepresst wird und dadurch einen dichten Abschluss bildet.
Die Fortset zung des Staubleches 1 nach unten bildet das nach Unterwasser versetzte Mantelblech 27. Wird der Ver- schlusskörper aus der Staulage abgesenkt, so bildet sich zwischen dem vorspringenden Sohlenblech 25 und dem Staublech 1 ein Spalt von der Breite 24, durch den unter der Wirkung des Höhenunterschiedes zwischen Oberwasser 21 und Unterwasser 20 ein Spülstrahl entsteht,
der eventuell entstandene Abla gerungen in der oberwasserseitigen Wehrwanne nach Unterwasser befördert und dadurch das sichere Ab senken des Verschlusskörpers auch in geschiebefüh- renden Flussläufen gewährleistet. Demselben Zweck dienen auch die höhere Lagerung der Laufschienen 10 bzw. die Vertiefung der Wehrwannensohle 16.
Dadurch, dass die unteren Rollen 6 den Abstand zwischen Verschlusskörper und Wehrsohle auf der ganzen Breite der Wehröffnung konstant halten, wird die Berührung zwischen der Dichtungsleiste 15 und dem an der Sohle befestigten Anschlagblech 25 auf der ganzen Länge längs einer Geraden erfolgen und eine einwandfreie Dichtheit in der ganzen Ausdeh nung gewährleistet.
In der Fig. 4, die die Anwendung des Erfin dungsgedankens auf einen Schleusenverschluss dar stellt, ist die Wehrwanne in Kombination mit einer Anordnung des Schleusenmauerwerkes dargestellt, bei der der durch Absenken des Verschlusses ent stehende Füllstrahl derart umgelenkt wird, dass ein gleichmässiges, die Schiffe in der Schleusenkammer nicht beeinträchtigendes Einströmen des Wassers in die Kammer gewährleistet ist.
Der Stauverschluss- körper hat hier im Querschnitt die Form eines Kreis abschnittes, wobei der zylindrische Teil nach Unter wasser liegt und die Stauwand 1 bildet, die ihre Hohlseite dem Oberwasser zukehrt, während das ober- wasserseitige Mantelblech 2 eben ist. Die Dichtungs anordnung ist die gleiche wie beim Ausführungs beispiel der Fig. 3. Der durch das Absenken des Verschlusskörpers entstehende Füllstrahl wird durch den im Querschnitt entsprechend geformten, unter- wasserseitig des,.
Verschlusskörpers auf der Sohle abgestützten waagrechten Balken 31 nach unten ab gelenkt und anschliessend in waagrechter Richtung in die Kammer geleitet. Die Abstützung erfolgt durch in angemessenen Abständen angeordnete Sockeln 37. Der Raum 32 unterhalb des Balkens 31 dient der Löschung der lebendigen Kraft des Füllstrahles. Das oberwasserseitige Ende 30 des Balkens 31 ist der zylindrischen Form des Staubleches 1 angepasst und verhindert ein unmittelbares Austreten des Füllstrah les zwischen Balken 31 und der Stauwand 1. Die Bezeichnung und Anordnung der übrigen Teile ent spricht derjenigen der vorbeschriebenen Ausfüh rungsbeispiele in den Fig. 1, 2 und 3.
In der axonometrischen Ansicht - Fig. 5 sind die auf den Verschlusskörper wirkenden Kräfte eingetragen. Mit 50 sind die auf den Bereich je eines Querrahmens 4 entfallenden, resultierenden Wasser drücke, mit 60 die auf die Laufrollen 6 von den Laufschienen bzw. von der Wehrsohle ausgehenden Stützkräfte bezeichnet. Unter der Voraussetzung einer kreiszylindrischen Stauwand 1 schneiden sich diese beiden Kräfte 50 und 60 in der Zylinder- bzw. Drehachse 9 und ergeben gemäss dem der Fig. 5 beigefügten Krafteck eine Resultierende 70, die von unten nach oben, d. h. von der Sohle zum Wasser spiegel gerichtet ist.
Die Resultierenden 70 verlaufen - wie aus der Fig. 5 hervorgeht - annähernd paral lel zu der Sehne 40 des im Querschnitt linsenför migen Verschlusskörpers und beanspruchen diesen auf Biegung und Verdrehung. Den genannten Kräften halten die beiden an den Verschlussenden über die beiden Stützarme 11 und 12 in den Drehlagern 13, 14 wirksamen Stützreaktionen 80 das Gleichgewicht. Diese beiden Auflagerreaktionen 80 sind somit gleich der geometrischen Summe der Einzelkräfte 70. Aus dem Krafteck der Fig. 5 geht ebenfalls das Grössen- verhiidtnis der Kräfte 50, 60 und 70 hervor.
Man er kennt, dass die aus dem Wasserdruck 50 und aus den Rollendrücken 60 resultierenden Kräfte 70 wesent lich kleiner sind, als die beiden Komponenten, aus denen sie hervorgehen. Die Beanspruchung auf Bie gung erfolgt somit durch wesentlich kleinere Kräfte, als der ursprüngliche Wasserdruck und diese zum ursprünglichen Wasserdruck resultierenden, nahezu senkrecht verlaufenden Kräfte beanspruchen zudem den Verschlusskörper auf Biegung in der Richtung seiner grössten Querschnittabmessung (Sehne 40) d. h. in Richtung seiner grössten Biegefestigkeit.
Den wesentlich kleineren Biegungsmomenten stehen somit die grössten Widerstandsmomente des Verschluss- körpers entgegen, und diese betragen ein Vielfaches der Werte, die sich in der dazu senkrechten Rich tung ergeben, und die beim freitragenden Verschluss körper für die Biegebeanspruchung massgebend wä ren. Die Biegebeanspruchung aus dem Eigengewicht wirkt zudem der Biegebeanspruchung aus dem Was serdruck entgegen.
Da auch die Verhältnisse für die Beanspruchung auf Torsion durch die Ausbildung des Verschlusskörpers als geschlossener Hohlkörper günstig sind und imGegensatz zu denKlappenwehren keine aus dem Wasserdruck sich ergebenden Kräfte das Windwerk belasten, so ist der Baustoffaufwand sowohl für die Verschlusskörper als auch für die Windwerke - insbesondere bei grossen Stauhöhen - beträchtlich geringer, als bei den vorgenannten Wehrarten.
Schliesslich ist in Fig. 5 der hier einseitig ange nommene Antrieb über eine kreisförmige, fest mit dem Verschlusskörper verbundene Zahnstange 33 veranschaulicht, in die das von der Welle 35 ange triebene Ritzel 34 eingreift.
Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, passt sich die oberwasserseitige Begrenzungsfläche des Stau körpers bei überströmung dem Verlauf des über fallstrahles an, während gleichzeitig durch die sehr geringe Biegebeanspruchung in Richtung des ur- sprünglichen Wasserdruckes sich der Vorteil ergibt, dass die Breite im Querschnitt, im Vergleich zur Höhe, gering gewählt werden kann, so dass in der völlig abgesenkten Lage praktisch kein Aufstau ver ursacht wird.
Die oberwasserseitige Wand wird in der Regel mit Luft- und Wasserlöchern versehen, mit Aus nahme desjenigen Teiles, der zu einem eventuell vorzusehenden Auftriebsraum ausgebildet wird.
An Stelle der Lagerung in den Pfeilern über Stützarme in festen Drehachsen, kann der Verschluss- körper auch durch in den Endquerrahmen gelagerte Lauf- und Stützrollen zwischen in den Pfeilern befe stigte Leitschienen geführt sein.
Trotz des aus den beschriebenen Anordnungen sich ergebenden Vorteiles, dass der Verschlusskörper nicht als freitragender Balken zwischen den angren zenden Pfeilern bemessen zu werden braucht und da durch im wesentlichen die günstigen Beanspru chungsverhältnisse einer Stauklappe aufweist, kann dieser bei Teilstau durch Drehung bzw. Schwenkung nach Oberwasser oder Unterwasser aus der Strömung gezogen werden, wodurch eventuelle Ausbesserungen oder Anstricherneuerungen ohne Schwierigkeit vor genommen werden können.
In den Fig. 6 und 7 des vierten Ausführungs- beispieles kann der Verschlusskörper, ohne seine Abstützung an der Sohle durch die Laufrollen 6 ein- zubüssen, über die Staulage hinaus angehoben wer den.
Zu diesem Zwecke sind - wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt - unterwasserseitig des Verschluss- körpers, entsprechend den Abständen 28 der Quer rahmen 4 bzw. der Laufrollen 6, aus der Sohle 18 hervorgehende Konsolen 38 angeordnet, auf deren Oberwasserseite die Laufschienen 10 über die Kante 41 zwischen Wehrwanne 16 und Abfallboden 18 hin- ausgeführt sind.
Der Verschlusskörper selbst ist grundsätzlich gemäss dem ersten Ausführungsbei spiel ausgebildet, jedoch mit dem Unterschied, dass hier die Mantelbleche 1 und 2 an der Zusammen- schlusstelle mit dem Querblech 5 endigen und ledig lich die die Laufrollen 6 tragenden Seitenbleche 7 und die die Laufrollen 6 abdeckenden Hauben 8 über das Querblech 5 nach unten hinausragen.
Beim Anheben des Verschlusskörpers über die Staulage entstehen infolgedessen - wie aus der Fig. 7 ersicht lich - zwischen den die Rollenkästen bildenden Sei tenblechen 7, der Unterkante des Verschlusskörpers (Längsdichtung 15) und der Kante 41 der Wehrsohle rechteckige Öffnungen 42, die unter der Wirkung des Spiegelgefälles (21-20) einen starken Durchflusstrahl 39 hindurchlassen. Dadurch kann eine besonders wirksame Durchspülung der Wehrwanne 16 durch geführt werden.
Das Querblech 5 kann natürlich auch entfallen, in welchem Falle auch am unteren Ende des Verschlusskörpers die Mantelbleche 1 und 2 schneidenartig im Bereich der Längsdichtung 15 miteinander verbunden sind. Die Konsolen 38 können gleichzeitig als soge nannte Energievernichter zum Schutze des unter- wasserseitigen Wehrbodens ausgebildet werden.