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Vakaum-Entwässeruagsanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Vaktium-Entwässerungsanlage
mit einem oder mehreren unter Unterdruck stehenden Sammeltanks und Vakuumleitungen
für Abwasser, an die unter normalem Druck stehende Anschlußleitungen der zu entwässernden
Einheiten über ein Absaugventil angeschlossen sind, welches selbststätig öffnet,
wenn sich eine bestimmte Abwassermenge davor angesammelf hat.
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Die heute noch allgemein üblichen Entwässerungssysteme arbeiten mit
Gefälle leitungen. Bei ungünstigem natürlichen Gefälle wird dieses System sehr teuer
und ist mancherorts überhaupt nicht durchführbar.
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Daneben ist die sog. Druckentwässerung bekannt. Hierbei hat jedes
Haus eine besondere Pumpe. Es können bis zu einem bestimmten Grenzwert Steigungen
überwunden werden, die Anlagen sind jedoch in der Regel ebenfalls verhältnis -mäßig
teuer.
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Seit einigen Jahren ist auch schon das Absaugen von Abwasser durch
Vakuumleitungen bekannt, und zwar in zwei Varianten: in der einen Ausführung befinden
sich in den Häusern oder Betrieben größere Tanks, in denen sich eine vergleichsweise
große Menge Abwasser ansammelt, bevor diese abgesaugt wird. Die große Flüssigkeitsmenge
stellt eine träge Masse dar, die sich nur langsam beschleunigen lässt. Bei der Auslegung
der Kapazität der Anlage muß berücksichtigt werden, daß nicht eine größere Anzahl
einzeln angeschlossener Sammelbehälter gleichzeitig geleert werden können.
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In einer zweiten bekannten Ausführungsform werden verhältnismäßig
kleine an den Haushaltsanschlüssen angesammelte Flüssigkeitsmengen in die Vakuumleitung
eingespeSst, Wegen der damit verbundenen besseren Beschleunigung wird eine größere
Strömungsgeschwindigkeit und damit, bezogen auf einen bestimmten Rohrquerschnitt,
eine Vergrößerung der Kapazität erreicht. Zwar gelangte in der Praxis bei den zuletzt
beschriebenen Vakuum-Entwässerungsanlagen mit jeder Entleerung eines Hausanschlußes
auch jedesmal etwas Luft mit in die Vakuumleitung. Man war sich aber über die Bedeutung
der mit einströmenden Luft, die sich in geringen Mengen kaum vermeiden lässt, nicht
im klarem und versuchte ihren Anteil am gesamten Fördervolumen zu reduzieren in
der Meinung, die IlLift schwäche das für den Flüssigkeitstransport benötigte Vakuum.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ,eine Vakuumentwässerungsanlage
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche
sich durch eine noch
höhere Fördergeschwindigkeit als bisher auszeichnet, und diese Aufgabe wird erfindungs.
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gemäß dadurch gelöst, daß das Absaugventil bei jedem Öffnungsvorgang
solange offenbleibt, daß mit dem Abwasser eine in der Vakuumleitung das zwei bis
funfsehnfache Volumen des Abwassers betragende Menge Luft einströmt und daß eine
waagerechte oder steigende Vakuumleitung in ansich bekannter Weise abwechselnd in
Abschnitte steigender und fallender Neigung gegliedert ist.
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Im Gegensatz zu Wasser wird Luft in einer Vakuumleitung sehr stark
beschleunigt. Sie reißt dabei einen verhältnismäßig kleinen, den Rohrquerschnitt
füllenden Flüssigkeitspfropfen, während sie diesen durchdringt und überholt, mit.
Das Wasser wird auf diese Weise zunächst aus der Hausanschlußleitung in die Vakuumleitung
und dort stoßweise von einer Senke bzw. Tasche zur nächsten geschleudert.
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In jeder Senke der Vakuumleitung steht das Wasser nur solange, bis
irgendwo dahinter im System ein Einlauf geöffnet wird und Luft mitströmt, die nur
auf die Weise zum Sammeltank der Vakuumentwässerungsanlage gelangt, daß sie die
Flüssigkeitspfropfen in der Leitung durchdringt und dabei mitreißt.
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Das vorgeschlagene Abwasser-Fördersystem ist nicht zu verwechseln
mit den bekannten Vakuumtoiletten, die mit einem um Größenordnungen höheren Laftüberschuß
arbeiten, der für Entwässerungsanlagen mit einer Vielzahl von Hausanschlüssen und
einem Transport größerer Mengen Flüssigkeit über weite Strecken nicht infrage kommt.
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Mit der erfindungsgemäßen Entwässerungsanlage wird eine ganze Reihe
von Vorteilen erreicht: Der in den angegebenen Grenzen bemessene Luftzuschuß bewirkt
große Strömungsgeschwindigkeiten. Das bedeutet, daß das Abwasser schneller zur Kläranlage
gelangt. Man erreicht
aus dem gleichen Grund mit verhältnismäBig
kleinen Rohrquerschnitten eine vergleichsweise große Förderkapazität.
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Es befinden sich zu jede/Ze-it nur verhältnismäßig kleine Abwassermengen
im System. Aus diesem Grunde, und weil im Rohr Unterdruck'herrscht, besteht keine
Gefahr, daß eventuell verseuchtes Abwasser durst Leckage in den Boden gelngt.
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Die beschriebene Arbeitsweise erlaubt Düker und damit eine den praktischen
Verhältnissen anzupässende Leitungsführung.
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ts können auch mit nur einer Vakuumanlage schrittweise größere Steigungen
überwunden werden, als normalerweise bei einer Steigleitung dem erzeugten Vakuum
entspricht.
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Schließlich bereitet es auch kein Problem, wenn Hauanschlußleitungen
im Niveau unterhalb der Rückstauebene liegen.
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Im Gegensatz zu anderen bekannten Entwässerungssystemen ist hier keine
besondere Pumpe erforderlich.
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Ein ganz wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Entwässerungsanlage
besteht darin, daß sie sich in allen mit dem schmutzigen Abwasser in Berührung kommenden
Teilen wegen der sehr schnellen, turbulenten Strömung selbst reinigt.
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Es kann nicht mehr vorkommen, daß zunehmende Schmutzablagerungen allmählich
die Leitung oder ein Ventil verstopfen.
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Im Hinblick auf eine nachfolgende Klärung des Abwassers ist vorteilhaft,
daß dieses bereits auf dem Transport zur Kläranlage gründlich durchlüftet wird.
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Die geringen Abwassermengen im System machen sich schließlich auch
dadurch vorteilhaft bemerkbar, daß beim öffnen und Entleeren eines Hausanschlußes
das zur Verfügung stehende Vakuum nicht für die Beschleunigung großer Wassermassen
in der Vakuumsammelleitung verbraucht wird, sondern nur geringfügig geschwächt für
das schnelle Absaugen des
Rausanschlusses zur Verfügung steht Die
Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
vereinfachter Darstellung den Anfang einer Vakuumleitung 10, ein davor angeordnetes
Absaugventil 12 und das Ende einer unter atmosphärischem Druck stehenden herkömmlichen
Gefälleleitung 14, z. B.
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einer entluftenden Abflußleitung eines Hauses. Das Absaugventil 12
kann z.B. von der Art sein, wie esin der DT-PS 1 609 245 beschrieben ist. Die Vakuumleitung
10 führt zu einem nicht gezeigten, an eine Vakuumpumpe angeschossenen Sammeltank,
in den die Abwässer gesaugt werden. Bei einem bestimmten Füllungsgrad wird die angesammelte
Flüssigkeit dann gegen den Unterdruck des Beitungssystems aus dem Sammeltank gepumpt
und einer Kläranlage -zugeführt. Die Vakuumleitung 10 kann eine Vielzahl nicht gezeigter
Zweigleitungen zu anderen HauRanschlüssen haben und wird im Erdboden grundsätzlich
so verlegt, daß sich in mit Zwischenabstand angeordneten Taschen oder Senkungen
immer wieder Flüssigkeitspropfen ansammeln können, die den gesamten Leitungsquerschnitt
füllen und verschließen. Eine derartige leitungsführung ist z.B. auch in der DT-PS
1 238 858, dort für Vakuumtoiletten vorgesehen, beschrieben.
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In besonders einfacher Ausführung wird bei grundsätzlich horizontalem
Leitungsverlauf das Rohr in vorbestimmten Abständen stellenweise angehoben und mit
Sand unterfüttert.
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Die Flexibilität der Rohre reicht aus, um in gewünschter Weise abfallend
geneigte und wieder ansteigende Rohrabschnitte mit dadurch hervorgerufenen Mulden
oder Taschen, in denen sich Plijssigkeitspropfen bilden können, zu erhalten.
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Das Absaugventil 12 ist normalerweise geschlossen und wird nur kurzzeitig
geöffnet, um Wasser, das sich am unteren Ende der Hausanschlußleitung 14 angesammelt
hat, abzusaugen.
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Stellantrieb und selbstätige Auslösesteuerung des Absaugventils benutzen
vorzugsweise den in der Vakuumleitung 10 zu Verfügung stehenden Unterdruck. Dabei
kann auf eine zusätzliche Energiequelle verzichtet werden.
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Am unteren Ende der Gefälleleitung 14 bedarf es keines besonderen
Tanks, um das Hauhaltsabwasser zu sammeln, bevor in zeitlichen Abständen das Absaugventil
12 geöffnet wird. Die Leitung 14 selbst dient vorzugsweise als Sammelbehälter. Es
soll sich an dieser Stelle auch nicht zuviel Abwasser ansammeln, damit erstens Fäulnis
verhindert wird und zweitens immer nur verhältnismäßig kleine Wassermengen in die
Vakuumleitung eingegeben werden.
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Die Steuereinrichtung für das Absaugventil 12, deren wesentliche Einzelteile
in der Zeichnung wiedergegeben sind? ist insgesamt in einem Steuerkasten installiert,
der über eine Steigleitung 16 mit der Hausanschlußleitung 14, weiterhin über eine
Steuerleitung 18 mit dem Absaugventil 12 und schließlich Über eine Anschlußleitung
20 mit der Vakuumleitung 10 verbunden ist. Die Anschlußleitung 20 fiSlrsseine ständig
geöffnete Leitungsverbindung 22 und eine Leitung 24 zu einem Membranventil 26, welches
normalerweise durch den ständig anstehenden Unterdruck in den Leiturgen 20, 24 geschlossen
gehalten wird. Das Ventil 26 öffnet sich erst, wenn das in der Steigleitung 16 eingeschlossene
Lustpolster bei steigendem Wasserstand in der Leitung 14 ausreichend starkt komprimiert
worden ist, damit der Druck die Membran in Offnungsrichtung verstellen kann.
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Dann wird durch das Membranventil 26 eine Verbindung zwischen der
Leitung 24 und einer Leitung 28 hergestellt, die wiederum mit einer Leitung 30 zu
einem Steuerventil 32 in Verbindung steht. Dort ist in der Ausgangssituation ein
Strömungsweg zu einer Leitung 34 offen, so daß das Vakuum an einen Schaltservo 36
gelangt. Der Unterdruck zieht dort entgegen der Kraft einer nicht gezeigten Rücksteilfeder
einen Kolben 38 hoch. In der oberen Endstellung
betätigt eine Nase
40 am Kolben 38 ein Verstärkerventil 42, wodurch in diesem ein bis dahin geschlossener
Strömungsweg zwischen der Leitung 28 und der Leitung 20 geöffnet wird. Dies bedeutet
einen Bypass, der das mit Vakuum verlusten behaftete Membranventil 26 umgeht. Über
die Leitung 28 erhält. nunmehr die Leitung 30 und das Steuerventil 32 den vollen
Unterdruck der Vakuumleitung 10.
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Das Steuerventil 32 ist mittels einer Feder und eines Schnappmechanismus
soçonstruiert, daß es bei vollem Unterdruck in der Leitung 30 selbsttätig umschaltet,
die Verbindung zwischen den Leitungen 30 und 34 unterbricht und stattdessen die
letztere zur Außenatmosphäre entlüftet.
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Wichtig für die erfindungsgemäße Funktion ist nunmehr, daß die in
die Leistung 34 einströmende Luft nicht schlagartig, sondern mittels einer Düse
44 gedrosselt, in den Zylinder des Schaltservos 36 einströmt. Durch geeignete Auswahl
der Düsenoffnung und damit der Drösselwirkung lässt sich die Zeitspanne einstellen,
innerhalb welcher der Kolben 38 durch die nichigezeigte Rückstellfeder in seine
untere Endstellung zurückgeschoben wird. Die durch die Drossel vorgegebene Sinkgeschwindigkeit
des Kolbens 38 bestimmt die Zeitdauer, innerhalb welcher die Nase 40 einen Hebel
46 eines weiteren Steuerventils 48 betätigt. Der Hebel 46 ist so gelagert, daß die
Nase 40 das Steuerventil 48 nur während der Sinkbewegung, nicht aber während des
Hubs des Kolbens 38 betätigt.
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Solange die Nase 40 während der Sinkbewegung auf den Hebel 46 drückt,
ist im Steuerventil 48 eine Leitungsverbindung zwischen der Leitung 20 und der Leitung
18 zum Absaugventil 12 geöffnet, wodurch dieses während der genaorten Zeitdauer
geöffnet wird. Es ist somit ersichtlich, daß die Sinkgeschwindigkeit des Kolbens
38, welche von der Kraft der nicbt gezeigten Rückstellfeder und der Drosselwirkung
der Düse 44 sowie dem Eigengewicht des Kolbens 38
abhängt, maßgebend
ist für die Öffnungszeit des Absaugen ventils 12. Es ist deshalb einfach, durch
geeignete Auswahl der Düse 44 und der Rückstellfeder die Offnungszeit des Absaugventils
12 so einzustellen, daß bei jedem Öffnungsvorgang nicht nur die in der Leitung 14
vorhandene Flüssigkeitsmenge sondern nachfolgend zusätzlich noch eine solche Menge
Luft in die Vakuumleitung 10 eingesaugt wird, daß unter den Druckverhältnissen der
Vakuumleitung das Luftvolumen das zwei bis fünfzehnfache der eingesaugten F1üssgkeitsmenge
beträgt.
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Der Kolben 38 des Schaltservos 36 stellt am Ende seiner Sinkbewegung
das Steuerventil 32 in die Ausgangsstellung zurück. Da inzwischen die Nase 40 auch
die Ventile 42 und 48 nicht mehr betätigt und durch das Absaugen der Flüssigkeit
aus der Leitung 14 und den damit verbundenen Druckabfall in der Steigleitung 16
das Membranventil 26 in die Anfangsstellung umgeschaltet worden ist, besteht wieder
die Ausgangssituation.
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Es wird angestrebt, erst das Abwasser und dann die Luft in die Vakuumleitung
10 einzusaugen, weil die Luft das Wasser möglichst lange vor sich herschieben soll.
Diesem Zweck kann durch geeignete'WGestaltung descunteren Endes der Gefälleleitung
14 Rechnung getragen werden. In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, das
Absaugventil 12 über ein exzentrisches Reduzierstück 50 an die Leitung 14 anzuschließen,
wobei der im Durchmesser verjüngte Abgang auf das niedrigste Niveau gelegt ist.
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