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Schwimmende Abdeckung für Wasserbecken aus
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selbsttragenden Abdeckelementen
Die Erfindung betrifft
eine Abdeckung für Wasserbecken aus selbsttragenden Abdeckelementen, insbesondere
aus glasfaserverstärktem Kunststoff.
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Solche Wasserbecken führen beispielsweise Schmutzwasser. Bisher gibt
es als Abdeckung für solche Wasserbecken: Ortsfeste Kuppeln, die sich freitragend
von Beckenrand zu Beckenrand spannen, und Abdeckungen, sie sich zusätzlich auf der
Bedienungsbrücke oder dem Mittelbauwerk abstützen. Bei sich mit dem Krählwerk drehender
Bedienungsbrücke reicht die Abdeckung entweder über das gesamte Becken hinaus, wobei
gesonderte Fundamente erforderlich sind, oder die Abdeckung dreht sich mit der Bedienungsbrücke
gleichschnell mit.
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Die Nachteile und Grenzen dieser bekannten Abdeckungsmöglichkeiten
liegen darin, daß unter den freitragenden Kuppeln eine korrosive Atmosphäre entsteht,
die zur Zerstörung der Stahleinbauten (Bedienungsbrücke) führen kann, und zum Arbeiten
in dem Raum Schutzmaßnahmen (Explosionsschutz, Gasmasken) getroffen werden müssen.
Bei sehr großen Beckenabmessungen können die an sich bekannten Abdeckungsmöglichkeiten
an konstruktive und wirtschaftlich unvertretbare Grenzen stoßen. Die bisherigen
Abdecksysteme geben immer auch zusätzlich Lasten an den Beckenrand und gegebenenfalls
Lasten an die Bedienungsbrücke oder das Mittelbauwerk ab. Für diese Zusatzlasten
sind die bereits bestehenden Wasserbecken nicht dimensioniert und nur mit erheblichem
Aufwand
nachrüstbar.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Abdeckung
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die die oben genannten Nachteile und
Schwierigkeiten überwindet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Abdeckelemente auf Schwimmkörpern über dem Wasser des Wasserbeckens liegen.
Somit kann die Abdeckung kontinuierlich über ihrer gesamten Fläche vom Wasser allein
getragen werden, so daß besondere Verstärkungen an den bestehenden Wasserbecken
nicht mehr erforderlich sind. Auch der Baugrund erhält keine höheren Belastungen.
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Die unter Auftrieb stehenden Schwimmkörper können so bemessen werden,
daß die auf ihnen liegenden Abdeckelemente auch bei erhöhten Lasten z.B.
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Schnee nicht in das Wasser eintauchen.
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Für diese Erfindung sind Abwasserbecken mit Schwimmschlamm von besonderer
Bedeutung. Der Schlamm schwimmt an der Oberfläche des Schmutzwassers auf und bewegt
sich zum äußeren Beckenrand hin, wo er leicht dem Becken entnommen werden kann.
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Die eigentlichen Abdeckelemente liegen auf vereinzelt oder in Reihen
angeordneten, in das Schmutzwasser getauchten Schwimmkörpern, so daß sie auch bei
erhöhten Auflasten wie Schnee immer oberhalb der Schmutzwasseroberfläche liegen.
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Somit kann der Schwimmschlamm wie bisher an der Schmutzwasseroberfläche
aufschwimmen, und der Schwimmschlamm berührt nur die Schwimmkörper, die
in
ihrer Gesamtheit einen vielfach geringeren Eintauchquerschnitt in das Schmutzwasser
besitzen als der Fläche der Abdeckelemente entspricht. Im Ergebnis bleibt also der
überwiegende Teil der Schmutzwasseroberfläche frei.
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Bei der Verwendung von schlanken und hohen Schwimmkörpern treten die
Vorteile besonders klar hervor. Nach dem Ablassen des Wassers aus dem Wasserbecken
stehen die Schwimmkörper auf dem Beckenboden auf. Die Abdeckung liegt dann in ausreichender
Höhe über dem Beckenboden, so daß eine einwandfreie Inspektion des Beckens und der
Schwimmkörper sowie der Abdeckungselemente möglich ist, ohne daß die Abdeckung entfernt
werden müßte.
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Dabei sind, wie für die neue Abdeckung allgemein, keine weiteren Führungen
zum Beckenboden hin oder Zusatzarbeiten am Becken erforderlich; infolgedessen reduzieren
sich die Kosten insgesamt erheblich gegenüber den bisherigen Abdeckmethoden.
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Sofern das Schmutzwasser strömt, werden die Schwimmkörper bevorzugterweise
strömungsgünstig ausgebildet. Dazu werden die Schwimmkörper bevorzugt dann als schlanke
Körper ausgebildet, die mit ihrer Schmalseite gegen die Strömung stehen.
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Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Abdeckung für kreisrunde
Abwasserbecken, insbesondere mit Räumerbrücken, insbesondere beweglichen.
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Bislang konnte sich die Räumerbrücke in dem abgeschlossenen Luftraum
unterhalb einer kuppel-
förmigen Abdeckung drehen. Dabei wurde aber
die Räumerbrücke durch Korrosion gefährdet; gerade aus dem Schmutzwasser treten
bekanntermaßen korrosive Dämpfe und Gase aus. Auch mußte das Bedienungspersonal
den mit häufig giftigem Gas gefüllten Raum unter entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen
betreten und Motoren und Aggregate mußten explosionsgeschützt sein.
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Man hat diese Nachteile schon dadurch zu umgehen veruscht, daß sich
die Räumerbrücke über die Abdeckung erhob , wobei sich dann die Abdeckung auf die
Räumerbrücke und/oder das Mittelbauwerk des Abwasserbeckens abstützte. Dabei dreht
sich die Abdeckung mit der Räumerbrücke synchron. Besonders bei großen Becken bewirkt
diese Abdeckung durch ihr Eigengewicht und eventuell darauffallenden Schnee eine
sehr große zusätzliche Belastung für die Räumerbrücke und/oder das Mittelbauwerk,
Beckenrand und Fundament. Dabei sind für solche Belastungen diese Bauteile meistens
nicht ausgelegt und auch nur schwer nachrüstbar.
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Man könnte nun die erfindungsgemäße Abdeckung in einem solchen Falle
ohne weiteres auch einsetzen, insbesondere, indem man die Schwimmkörper bzw.
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Abdeckelemente auf konzentrischen Kreisbahnen um das Mittelbauwerk
anordnen würde.
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Vorteilhafter ist es aber, wenn die Schwimmkörper auf von der Mitte
des Abwasserbeckens, insbesondere also dem Mittelbauwerk, ausgehenden, spiraligen
Leitlinien hintereinander angeordnet sind.
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Dreht sich nun die Abdeckung mit der Räumerbrücke,
indem
z.B. die Räumerbrücke mit der Abdeckung kraftschlüssig verbunden ist, so korrespondiert
der Drehbewegung der spiraligen Leitlinie der Schwimmkörper zwangsläufig eine Radial-Strömung
des Schmutzwassers, insbesondere des Schwimmschlammes. Infolgedessen muß bei entsprechendem
Drehsinn der Schwimmschlamm z.B. zum Beckenaußenrand wandern. Die kraftschlüssige
Verbindung zwischen der Räumerbrücke und der Abdeckung kann z.B. dadurch verwirklicht
werden, daß das Gestänge von der Räumerbrücke zu dem sogenannten Krählwerk durch
Aussparungen in den Abdeckelementen geführt ist. Es versteht sich, daß durch einen
Antrieb der Abdeckung über die Räumerbrücke der Schwimmschlamm insbesondere zwangsläufig
kontinuierlich zum Beckenaußenrand gefördert werden kann, wo er dann abgehoben werden
kann, Eine solche, insbesondere über der gesamten Schmutzwasseroberfläche wirkende,
Radial-Förderung des Schmutzwassers an der Oberfläche war bislang überhaupt nicht
bekannt.
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Besondere Vorteile ergeben sich für den Fall, wenn das Schmutzwasser
vom Mittelbauwerk zum BeckenauBenrand strömt. Bei drehender Abdeckung sind nun im
Abwasserbecken zwei zunächst voneinander unabhängige Bewegungen zu beachten: a)
Das Schmutzwasser strömt hauptsächlich in radialer Richtung; b) Die drehende Bewegung
der Abdeckung bewirkt eine konzentrische Bewegung jedes einzelnen Schwimmkörpers
durch das Schmutzwasser.
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Nun überlagern sich aber beide Bewegungen. Entsprechend den Bewegungskomponenten
ändert sich von Punkt zu Punkt die Strömungsrichtung und Geschwindigkeit der Wasserteilchen
bezüglich der Schwimmkörper. Werden die Schwimmkörper so angeordnet, daß der jeweils
nachfolgende im Strömungsschatten des anderen liegt, so werden sich als Leitlinien
für die Schwimmkörper Spiralen ergeben, Also kann dann im Ergebnis die spiralige
Leitlinie so gewählt werden, daß die Schmutzwasserteilchen angenähert ungehindert
zum Rand fließen können, so als ob keine Schwimmkörper ihnen im Wege stünden.
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Die Abdeckung dreht sich damit im Ergebnis praktisch kraftfrei, so
daß ein zusätzlicher Antrieb hierzu nicht mehr notwendig ist.
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Hinzu kommt noch, daß die eintauchenden Schwimmkörper regelmäßig die
gesamte Schmutzwasseroberfläche soweit unterteilen, daß dadurch Walzenbildungen
im Wasser verhindert werden, das Wasser also beruhigt wird und somit der Absetzvorgang
auch für den Schwunmschlamm verbessert werden wird. Dabei steht jedoch das Schmutzwasser
nicht, sondern strömt wie ungehindert radial nach außen. Bei der idealen Spirale
für die Leitlinie der Schwimmkörper ist in Polarkoordinaten ausgedrückt der Radius
der Leitlinie zur Quadratwurzel des Drehwinkels proportional. Dies rührt daher,
daß die Radial-Strömungsgeschwindigkeit des Schmutzwassers umgekehrt proportional
zum Radius ist, wenn die Tiefe des Abwasserbeckens über dem Radius konstant ist,
während sich die Schwimmkörper mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um den Mittelpunkt
des
Abwasserbeckens drehen.
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Wirtschaftlich besonders vorteilhaft ist die archimedische Spirale
für die Leitlinie der Schwimmkörper. Die archimedische Spirale ist dadurch gegeben,
daß der Radius dem Drehwinkel proportional ist. Sie kommt also dadurch zustande,
daß sich ein Punkt gleichförmig längs einer Geraden bewegt, während letztere gleichzeitig
um einen festen Punkt gleichförmig gedreht wird.
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Also ist der Abstand benachbarter Leitlinien und somit der benachbarten
Schwimmkörper konstant, Also können alle Schwimmkörper von gleicher Größe sein.
Für die Fertigung der somit gleichen Schwimmkörper und der annähernd gleichgroßen
Abdeckelemente lassen sich dann industrielle Serien-Herstellungsverfahren einsetzen.
Unabhängig von der Beckengröße lassen sich die gleichen Schwimmkörper und die gleichen
Abdeckelemente einsetzen, veränderlich nur nach der Zahl, die zur Abdeckung der
Beckengröße erforderlich ist.
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Um eine möglichst geruchsdichte Abdeckung zu erzielen, kann zwischen
ihr und dem Rand des Abwasserbeckens eine ebenfalls auf dem Schmutzwasser schwimmende
Tauchwanddichtung angeordnet sein. Die Tauchwanne selbst ist als oben offener Trog
ausgebildet, der mit Wasser gefüllt ist. Eine am Rand des Abwasserbeckens demgegenüber
schwimmende Schürze ragt bis in das Wasser in der Tauchwanne.
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Damit wird ein geruchsdichter Verschluß zwischen dem Rand des Abwasserbeckens
und der Abdeckung gebildet.
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Die Schürze braucht nicht notwendigerweise zu schwimmen, sie kann
auch am Rand des Abwasserbeckens fest angeordnet sein.
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Die Erfindung sei anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezug auf
Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 das Prinzip der Leitlinien für eine kreisrunde
Abdeckung; Figur 2 den Querschnitt entsprechend Figur 3 von dem Mittelbauwerk zum
Beckenaußenrand; Figur 3 einen Quadranten einer Abdeckung gemäß den Figuren 1 und
2 in Draufsicht; Figur 4 ein Serien-Abdeckelement in Draufsicht; Figur 5 einen Querschnitt
entlang der Schnittlinie A-B in Figur 4.
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In Figur 1 ist für ein kreisrundes Abwasserbecken eine spiralige Abdeckung
in Draufsicht im Prinzip dargestellt. Mit der Bezugsziffer 1 ist das Mittelbauwerk,
mit der Bezugsziffer 2 der Beckenaußenrand gekennzeichnet. Vom Mittelbauwerk 1 strömt
das Schmutzwasser zum Beckenaußenrand 2.
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Es wird regelmäßig pro Zeiteinheit in radialer Richtung eine Wegstrecke
4 zurücklegen. Bei konstanter Beckentiefe ist die Wegstrecke 4 umgekehrt proportional
zum radialen Abstand vom Mittelpunkt des Mittelbauwerkes. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit
der nicht dargestellten
Räumerbrücke mit der Abdeckung wird pro
Zeiteinheit von einem Punkt auf der Abdeckung die Bogenstrecke 5 zurückgelegt. Die
resultierende Überlagerung der Wegstrecke 4 und der Bogenstrecke 5 ergibt die spiralige
Leitlinie 3. Dies ist grewissermaßen der Weg eines Punktes auf der Schmutzwasseroberfläche
für einen Beobachter auf der sich drehenden Abdeckung. So erklärt es sich, daß die
Schwimmkörper entlang der Leitlinie 3 anzuordnen sind, so daß sie der Strömung des
Schmutzwassers scheinbar nicht im Wege stehen.
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In Figur 2 ist nun ein Querschnitt einer Abdeckung, wie in Figur 1
im Prinzip erläutert, dargestellt.
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Die Abdeckelemente 12 ruhen auf den Schwimmkörpern 1o, die als schlanke
Körper ausgebildet sind. Verstärkt sein können die Abdeckelemente 12 durch Rippen
13 bzw Sicken. Die Abdeckelemente 12 ruhen deutlich oberhalb der Schmutzwasseroberfläche
20. Ein Abdeckelement schließt gewöhnlich radial auf ein weiter innen liegendes
nach außen hin an, indem sich die beiden benachbarten Abdeckelemente überlappen.
Entsprechend kann die tangentiale Anschließung der Abdeckelemente zueinander ausgebildet
sein. Jedoch können auch die Kanten eines jeden Abdeckelementes wie eben Flansche
verstanden werden, die dann an die Kanten der benachbarten Abdeckelemente anschließen.
Am Mittelbauwerk 1 ist eine Tauchwanddichtung im einzelnen dargestellt. Im abgebildeten
Fall ruht die Schürze 7 auf einem Innenringschwimmkörper 9. Somit folgt auch die
Schürze wie die übrigen Abdeckungen unterschiedlichen Wasserständen, wie das in
der unteren, strichliniert dargestellten Situation zu erkennen ist.
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Die Schürze 7 schließt gegenüber dem Mittelbauwerk 1 mit einer Anlagelippe
24 ab. Die Schürze 7 selbst reicht in die Tauchwanne 8 hinein, die gewöhnlich mit
Wasser befüllt ist. Die Tauchwanne 8 ruht auf Innenschwimmkörpern 14, die gleichfalls
durch Rippen 13 oder dergleichen versteift sein können, An den Innenschwimmkörpern
14 schließen dann die Abdeckelemente 12 mit den Schwimmkörpern 1o an. Am Beckenaußenrand
2 ist keine Tauchwanddichtung dargestellt. Stattdessen schließt dort die Abdeckung
durch eine einfache Lippe ab.Letztere bewegt sich entsprechend den unterschiedlichen
Wasserständen entlang der Außenführungswand 18 des Beckenaußenrandes 2. Unterhalb
der Außenführungswand 18 kann durch den Abflußspalt 19 das Abwasser 16 in die Abwasserrinne
22 abflIßen.Die Abflußstufe 17 dient in bekannter Weise zur selbsttätigen Regulierung
des Wasserstandes. Die Abwasserrinne 22 wird durch die Abwasserdeckung 15 geruchsdicht
abgeschlossen. Die Abwasserabdeckung 15 dreht sich nicht, sie ist starr auf dem
Beckenaußenrand 2 angeordnet. Nach weiter außen hin schließlich schließt sich noch
der Baugrund 21 für das gesamte Bauwerk an.
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In Figur 3 ist nun ein Quadrant einer archimedischspiraligen Abdeckung
dargestellt. Ausgehend vom Mittelbauwerk 1 mit einer Tauchwanddichtung, von der
nur die Tauchwanne 8 strichliniert angedeutet ist, folgen die Abdeckelemente 12,
die sie tragenden Schwimmkörper 1o auf nur strichliniert dargestellten Leitlinien
3, die als archimedische Spiralen ausgebildet sind. Die Drehrichtung 23 ist so gewählt,
daß der Wanderung des Schmutzwassers
vom Mittelbauwerk 1 zum Beckenaußenrand
2 Rechnung getragen wird. Auch am Beckenaußenrand 2 ist eine Tauchwanddichtung dadurch
angedeutet, daß von ihr die Tauchwanne 8 strichliniert eingezeichnet ist.
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Auch hier am Beckenaußenrand 2 kann die Tauchwanne 8 auf Innenschwimmkörpern
14 ruhen9 deren Bezeichnung allerdings in diesem Fall im eigentlichen Sinne nicht
zutrifft.
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In Figur 4 ist ein durch einen Schwimmkörper lo komplettiertes Abdeckelemente
12 für imine archimedisch-spiralige Abdeckung entsprechend Figur 3 in Draufsicht
dargestellt. An einer Seite ist der Schwimmkörper 1o angeordnet. Er weist eine gerundete
Stoßfuge 27 auf. In Figur 3 ist zu erkennen, daß diese Rundung der Stoßfuge 27 gerade
im Innenbereich der Abdeckung bei noch starker Krümmung der Leitlinie 3 erforderlich
sein kann. Die Stoßfuge 27 erstreckt sich möglichst bis zu den ihr benachbarten
Kanten des Abdeckelementes 12, damit die Stoßfuge der nächstbenachbarten Scnwimmkörper
mit ihr moglichst bündig abschließen können. Versteift ist das Abdeckelement 12
durch eine ebenfalls nur strichlinierte, da verdeckt, dargestellte Rippe 13. Die
Bedeutung der Zunge 25 und der Lagesicke 26, letztere bei dem Schwimmkörper io,
wird anhand der nächsten Figur erläutert werden.
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In Figur 5 ist ein Querschnitt entlang der Schnittlinie A-B aus Figur
4 dargestellt. Bin jeweils radial benachbartes Abdeckelement 12 wird mit einer Zunge
25 in der Lagesicke 26 des anderen Abdeckelementes einliegen. So ergibt
sich
eine bündig schließende Aneinanderreihung der Abdeckelemente in radialer Richtung,
wie sie auch in tangentialer Richtung gewählt sein kann.
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Zurückgehend auf Figur 4 sei erläutert, daß diese Einheits-Abdeckelemente
12 zur Ausbildung der gewählten Spirale, insbesondere im Bereich des Mittelbauwerkes
1 zugeschnitten werden müssen, aber auch können. Jedes Abdeckelement 12 ist somit
entsprechend seiner Lage in der Spirale zuzuschneiden, was aber fertigungstechnisch
keinerlei Probleme bedeutet.
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ZeichenerklårunS 1 Mittelbauwerk 2 Beckenaußenrand 3 leitlinie 4
Wegstrecke 5 Bogenstrecke 7 Schürze 8 Tauchwanne 9 Innenringschwimmkörper 1o Schwimmkörper
11 Außenringschwimmkörper 12 Abdeckelement 13 Rippe 14 Innenschwimmkörper 15 Abwasserabdeckung
16 Abwasser 17 Abflußstufe 18 Außenführungwand 19 Abflußspalt 20 Schmutzwasseroberfläche
21 Baugrund 22 Abwasserrinne 23 Drehrichtung 24 Anlagelippe 25 Zunge 26 Lagesicke
27 Stoßfuge