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Die Erfindung betrifft eine Vakuumtoilettenanordnung,
die vorzugsweise mit Fahrzeugen verbunden ist.
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In typischen Vakuumtoilettenanordnungen, wie
sie in Booten und Freizeitfahrzeugen verwendet werden, muss, wie
durch das
US Patent 5621924 und die gemeinsam angemeldete
Anmeldung
US-A-5931642 gezeigt, die Pumpe zur Erzeugung des
Vakuumvorrats in einem luftdichten Tank (entweder ein einfacher
Vakuumtank oder ein kombinierter Tank zum Halten von Vakuum und
Fäkalien)
Abwasser (Flüssigkeit
mit einem großen
Anteil an Feststoffen) zusätzlich
zum Pumpen von Luft pumpen können,
um das Vakuum zu erzeugen. Das bedeutet, dass die Pumpe von recht
hoher Qualität
sein muss, und sie enthält
typischerweise eine bedeutsame Anzahl von innern metallischen Komponenten,
um effektiv zu sein. Bei Vakuumtoilettensystemen, die mit Fahrzeugen
verbunden sind, wie Boote und Freizeitfahrzeuge, ist es erwünscht, das
Gewicht der Vakuumtoilettenanordnung zu reduzieren, und es ist natürlich auch
erwünscht,
diese billiger zu machen.
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Dokument
US-A-5604938 offenbart
eine Vakuumtoilettenanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch
1. Insbesondere offenbart das Dokument ein durch Vakuum betriebenes
Abfallentsorgungstoilettensystem, das ein Vakuumtoilette, einen
mit der Vakuumtoilette verbundenen Vakuumtank und ein Vakuumgebläse enthält, das
mit dem Vakuumtank verbunden ist, um das Vakuum im Tank auf einem konstanten
Niveau zu halten.
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Dokument
EP-A-584031 offenbart
ein Vakuumtoilettensystem, um Einrichtungen und mechanische Aufbauten,
einschließlich
einer Vakuumtoilette, eines Abwasserspeichertanks, der mit der Toilette verbunden
ist, und einer Auswurfeinrichtung, um ein Teilvakuum im Speichertank
zu erzeugen. Die Auswurfeinrichtung ist mit dem Speichertank über eine Luftabzugsleitung
verbunden, wobei die Leitung einen Geruchsfilter enthält.
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Es ist ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung
eine Vakuumtoilettenanordnung zur Verfügung zu stellen, die leicht,
einfach konstruiert und weniger teuer ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vakuumtoilettenanordnung
nach Anspruch 1 gelöst.
Die Luftpumpe, die in der erfindungsgemäßen Vakuumtoilettenanordnung
enthalten ist, wird einzig zum Abziehen von Luft aus dem Vakuumvorratstank
verwendet und ist insbesondere zur Verwendung mit einem kombinierten
Vakuum- und Fäkalientank
erwünscht.
Während die
Pumpe in Notsituationen Wasser ohne Schaden leiten kann, ist sie
speziell zur Verwendung von ausschließlich Luft ausgestaltet und
kann daher einen leichteren Aufbau aufweisen.
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Die Membranpumpe umfasst einen zentralen
Gehäuseabschnitt,
der darin einen Einlass- und Auslass und erste und zweite entgegengesetzt
gerichtete Scheibenventile aufweist, vorzugsweise mit einem ersten
Elastomerscheibenventilelement und einem zweien Elastomerscheibenventilelement,
mit einer ersten Trennwand, die zwischen dem Einlass und dem Auslass
im wesentlichen parallel zur Richtung der Luftbewegung verläuft. Eine
zweite Trennwand verhindert die direkte Strömung von Luft zwischen dem
Einlass und dem Auslass. Typischerweise ist die erste Trennwand
allgemein horizontal und die zweite Trennwand allgemein vertikal
bei der Standardmontage der Pumpe. Die erste Trennwand weist eine
Mehrzahl von ersten Perforationen auf, die mit dem ersten Scheibenventilelement
verbunden sind, und eine Mehrzahl von zweiten Perforationen, die
mit dem zweiten Scheibenventilelement verbunden sind, wobei die
Scheibenventilelemente mit konkaven perforierten Abschnitten der
ersten Trennwand zusammenwirken. Die erste Trennwand weist außerdem vorzugsweise
eine Schließfläche auf,
die in die sich hin- und herbewegende Membran eingreift, wobei die Schließfläche eine
Mehrzahl von Dichtringen darauf aufweist. Die Scheibenventilelemente
können
mit der ersten Trennwand durch Kanuklemmen in entgegengesetzt gerichteten
Blindbohrungen verbunden werden, die in der ersten Trennwand ausgebildet
sind.
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Als Beispiel weist die sich hin-
und herbewegende Membran eine Gesamthublänge von etwa 0.75 bis 0.85
cm, z. B. mit einem halben Hub von 0.4 cm oder einem vollen Hub
von 0.8 cm auf, um ein Vakuum zu erzeugen und die entfernte Luft
herauszublasen. Die Pumpe kann etwa 25.5 cm Quecksilbersäule an Vakuum
in einen leeren 40-Liter-Vakuumtank in grob einer Minute erreichen,
trotzdem kann sie wenigstens etwa 5 Liter Wasser pro Minute pumpen,
wenn nötig
(z. B. etwa 7 bis 8 Liter pro Minute). Wenn ein kombinierter Vakuum/Speichertank
vorgesehen ist, wird natürlich,
während
sich der Tank mit Fäkalienflüssigkeit
füllt,
die Zeit zur Erzeugung des hierfür
nötigen
Vakuums, das als Vakuumvorrat dient, deutlich reduziert.
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Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
enthält
die Vakuumtoilettenanordnung einen Schalldämpfer oder einen Geruchsfilter,
die mit dem Auslass der Luftpumpe in Wirkverbindung stehen, oder
sie enthält
ein geräuschreduzierendes Rückschlagventil.
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Schalldämpfer und Geruchsfilter können einen
kombinierten Schalldämpfer
und Filter umfassen, wie z. B. eine Ansaugleitung, die darin Aktivkohle
aufweist. Die Schalldämpfer
halten die Lärmausstöße z. B.
unter 65 Dezibel. Der Schalldämpfer
ist vorzugsweise z. B. eine Röhre
mit einem Außendurchmesser
von 1.59 cm, 15.24 cm lang und mit Aktivkohle gefüllt, die
den Geruch absorbiert. Der kombinierte Schalldämpfer/Filter kann überall in
der Ablaufleitung (z. B. ein Schlauch, Kanal oder der eigentliche
Auslass selbst) des Auslasses der Luftpumpe platziert werden. Alternativ
wird ein „Rattenschwanz"-Rückschlagventil
(rat-tail check valve) verwendet, das der Luft das Austreten aus
der Pumpe ermöglicht,
das jedoch keine hineinlässt,
und das außerdem
als Geräuschunterdrückungseinrichtung dient.
Sogar wenn Fremdmaterial die Hauptventile beschädigt, wird das Rückschlagventil
den Vakuumverlust verhindern.
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Der Vakuumtank ist vorzugsweise ein
kombinierter Vakuum- und Speichertank. Alle internen Pumpenkomponenten
sind vorzugsweise aus Kunststoff oder Gummi mit der Ausnahme von
vielleicht einem Befestigungselement und einer Membranstützplatte,
und die Pumpe kann an jeder gewünschten Stelle
befestigt werden. Die Verwendung von Kunststoff für die inneren
Pumpenkomponenten verhindert nicht nur Rost, sondern reduziert das
Gewicht der Pumpe. Die Pumpe kann direkt auf dem Vakuum/Speichertank
befestigt werden, z. B. durch Verwendung einer Klammer aus rostfreiem
Stahl. Während
die Pumpe ausgelegt ist, um ausschließlich Luft zu pumpen, kann
sie ohne Schaden Wasser hindurchleiten und arbeitet sehr effektiv
in luftfeuchten Umgebungen, denen sie ausgesetzt ist.
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Jeder geeignete Motor und jede mechanische
Verbindung kann vorgesehen werden, um die Hin- und Herbewegung der
Membran zu bewirken. Z. B kann ein Direktantriebsmotor, der typischerweise mit
einer Geschwindigkeit betrieben wird, die eine geeignete Leistung
und einen relativ geringen Lärmausstoß liefert,
d.h. die eine optimiertes Lärm/Leistungsverhältnis aufweist,
als Energiequelle zum Antreiben der Hin- und Herbewegung der Membran
verwendet werden. Die Membran besteht typischerweise aus jedem geeigneten
flexiblen Material, wie z. B. natürliches oder künstliches
Gummi (z. B. Nitrilgummi) oder verschiedenen Kunststoffen (wie ein
Kopolymer aus Polypropylen und Polyethylen) und kann obere und untere
Stützplatten
aus rostfreiem Stahl aufweisen. Die Membran und die Platten können mit
einer Verbindungsstange an deren einem Ende verbunden werden, wobei
das andere Ende der Stange ein gepresstes Kugellager aufweist. In
den inneren Laufring des Kugellagers kann ein Exzenter eingepresst
sein, der den halben Hub von 0.4 cm erzeugt. Es kann jedoch jeder
andere geeignete herkömmliche
Mechanismus zum Bewirken der Hin- und Herbewegung der Membran vorgesehen
sein.
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Der zentrale Gehäuseabschnitt weist vorzugsweise
ein sich verjüngendes
Volumen auf, das zwischen der Membran und der ersten Trennwand definiert
wird. Das Volumen weist angrenzend an die erste Trennwand eine Fläche von
etwa 83 bis 93% (z. B, etwa 88%) der an die Membran angrenzenden Fläche auf,
wenn sie sich in einer mittleren Position zwischen den Enden ihres
Hubs befindet. Dies erhöht
die Pumpeffizienz und liefert zusammen mit der bevorzugten Hublänge und
der oben dargelegten Motordrehzahl ein optimiertes Geräusch/Effizienzverhältnis.
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Diese und andere Ziele der Erfindung
werden aus einer Betrachtung der detaillierten Beschreibung der
Erfindung und aus den anliegenden Ansprüchen klar.
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1 ist
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vakuumtoilettenanordnung,
die die Luftpumpe im Detail und im Querschnitt zeigt (wobei die Scheibenventilelemente
zur Verdeutlichung entfernt sind) und die übrigen Komponenten schematisch zeigt;
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2 ist
eine Ansicht wie die von 1,
nur dass sie den Schalldämpfer/Filter
genauer sowie eine unterschiedliche Ausführungsform der verschiedenen
Vakuumkomponenten, und die Scheibenventile in der Luftpumpe sowie
deren Befestigungsweise in der Luftpumpe zeigt;
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3 ist
eine ebene Bodenansicht des Pumpengehäuses von 2, wobei das Scheibenventilelement für sich in
einer gepunkteten Linie gezeigt ist;
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4 ist
eine ebene Ansicht von oben auf die Pumpengehäusekomponente von 2, wobei das Scheibenventilelement
in einer gepunkteten Linie gezeigt ist;
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5 ist
eine Ansicht wie die von Figur 1, die nur die Details eines
beispielhaften Antriebs für
die Pumpe und modifizierte Formen der Pumpenkomponenten zeigt.
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6 ist
eine detaillierte Seitenansicht, teilweise als Querschnitt und teilweise
als Aufriss, die das Rattenschwanzrückschlagventil im Pumpenauslass
zeigt;
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7 ist
eine Ansicht wie die von 6, wobei
das Ventilelement entfernt ist;
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8 ist
eine Stirnansicht des Ventilgehäuses
der Ausführungsform
von 6 und 7;
und
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9 ist
eine seitliche Querschnittansicht einer beispielhaften Kunststoffmembran,
die für
die erfindungsgemäße Pumpe
verwendet werden kann.
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Die bevorzugte Ausführungsform
der Vakuumtoilettenanordnung nach der vorliegenden Erfindung ist
allgemein durch das Bezugszeichen 10 in 1 gezeigt. Die Anordnung 10 enthält eine
herkömmliche
Vakuumtoilette 11 und einen kombinierten Vakuum- und Speichertank 12,
der über
die Leitung 13 mit der Toilette 11 in Wirkverbindung
steht, so dass er eine Vakuumquelle zum entfernen von Abfall aus
der Toilette 11 bereitstellt, wenn die Toilette gespült wird.
Der Tank 12 kann mit mehr als einer Toilette verbunden
sein und kann jede geeignete Konfiguration aufweisen.
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Die Luftpumpe, die allgemein durch
das Bezugszeichen 14 gezeigt wird, ist mit dem Vakuumtank 12 zum
Entfernen der Luft aus der Tank 12 verbunden, um darin
ein partielles Vakuum zu erzeugen. Die Luftpumpe weist einen Einlasskanal 15 auf,
der mit einem oberen Abschnitt des Tanks 12 durch die Leitung 16 verbunden
ist, die schematisch in 1 gezeigt
ist, und einen Auslass 17 auf. Die Pumpe 14 kann
an jeder gewünschten
Stelle positioniert werden, z. B. kann sie durch eine Befestigungshalterung (z.
B. eine Befestigungshalterung aus rostfreiem Stahl) direkt oben
auf dem Tank 12 befestigt werden. Herkömmliche innere Drosseln für Tanks
können
an der Verbindung zur Leitung 16 vorgesehen sein.
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Die Anordnung 10 kann außerdem wünschenswerter
Weise eine Pumpe 18 zum Herauspumpen von Fäkalien aus
dem Tank aufweisen, falls dies gewünscht ist. Die Pumpe 18 kann
entweder direkt an der Anordnung 10 befestigt werden oder
sich an der Auspumpeinrichtung befinden.
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Die Anordnung
10 kann weiter
einen Schalldämpfer
und einen Geruchsfilter aufweisen, die mit dem Auslass in Wirkverbindung
stehen. Der Schalldämpfer
und der Geruchsfilter sind schematisch bei 19 in
1 gezeigt. Sie können separate Komponenten sein,
die konventionelle Materialien zum Dämpfen des Schalls und entfernen
von Gerüchen
einsetzen. Die bevorzugte Form, die der Schalldämpfer/Filter 19 annehmen kann,
ist jedoch in
2 genauer gezeigt,
wo er einen kombinierten Schalldämpfer
und Filter umfasst, der einen Leitungsabschnitt
20 mit
Aktivkohle
21 darin aufweist. Der Kanal
20 kann
z. B. eine Röhre
mit 0.6 Zoll (
1.6 cm) Außendurchmesser und etwa 6 Zoll
(15 cm) Länge
sein, die mit Aktivkohle
21 gefüllt ist, sie kann z. B. Halteabschirmungen (nicht
gezeigt) an den Enden der Röhre
aufweisen, um die Aktivkohle
21 an der Stelle zu halten,
wie es allgemein in dem Geruchsfilter für
US-Patent 5139655 zu
sehen ist. Der Kanal
20 kann an jeder gewünschten
Stelle im Auslass aus der Pumpe
14 angeordnet sein, z.
B. kann er direkt mit dem Auslass
17 oder durch einen flexiblen
Schlauch mit dem Auslass
17 verbunden und an einer gewünschten
Stelle positioniert sein, so dass der Auslass
22 vom Schalldämpfer/Filter
19 außerhalb
des Boots, des Freizeitfahrzeugs oder dergleichen belüftet wird,
in welchem die gesamte Anordnung
10 befestigt ist.
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Die Pumpe 14 umfasst vorzugsweise
eine energiegetriebene sich hin- und herbewegende Membranpumpe,
mit einer sich hin- und herbewegenden Membran 24, wie sie
in 1 zu sehen ist, die
sich in dem darin gezeigten Raum 25 hin- und herbewegt.
Die Membran 24 besteht vorzugsweise aus Gummi, synthetischem
Gummi oder einem geeigneten Kunststoff, und sie weist in der in 1 gezeigten bevorzugten
Ausführungsform
obere und untere rostfreie Stahlplatten 26, 27 auf,
die entsprechend mit ihrem Mittelabschnitt befestigt sind, um die Membran 24 zu
unterstützen.
Eine Form, die eine Kunststoffmembran nach der Erfindung annehmen könnte, ist
bei 24' in 9 gezeigt. Der bevorzugte Kunststoff für diese
Konstruktion ist ein Kolpolymer aus Polypropylen und Polyethylen,
aber auch andere Kunststoffe können
verwendet werden. Die Membran 24' weist eine größere Resistenz gegenüber Geruchseindrang
auf und hat eine größere Lebensdauer
als vergleichbare Nitrilgummimembranen. Als Beispiel kann die Membran 24' einen Durchmesser
von etwa 7.6 cm und eine Abmessung X von etwa 0.91 cm aufweisen,
wobei sie einen konturierten Mittelabschnitt aufweist, der einen
Balgabschnitt darstellt, wie es in 9 gezeigt
ist. Dieser konturierte Mittelabschnitt erstreckt sich daher aus
der Ebene, die die Membran 24' enthält, um einen Abstand (X) nach
außen,
der größer als
die Hublänge
der Membran ist.
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Der eigentliche Mechanismus zur Hin-
und Herbewegung der Membran 24, 24' in dem Raum 25 kann jeder
geeignete konventionelle Mechanismus sein, der einen Direktantriebsmotor 28 enthalten kann,
der z. B. mit einer Geschwindigkeit läuft, die ein optimales Leistungs-
und Geräuschemissionsverhältnis liefert.
Die Geschwindigkeit kann wenigstens 1500 U/min betragen und liegt
vorzugsweise im Bereich von 1500 bis 2400 U/min. Eine Verbindungsstange 29,
die mit dem Motor 28 verbunden ist, kann vorgesehen werden.
Ein Beispielmechanismus, der vorgesehen werden kann und dazu dient,
die Hin- und Herbewegung der Membran 24 und der Platten 25, 26 zu
bewirken, wird mit Bezug auf 5 beschrieben.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform
weist die Membran 24 eine Gesamthublänge zwischen etwa 0.76 und
0.81 cm auf, z. B. eine halbe Hublänge von 0.40, (d. h. sie bewegt
sich in der in 1 gezeigten
Position im Raum 25 um 0.40 cm nach oben und nach unten),
oder eine Gesamthublänge
von 0.80 cm auf. Dies genügt,
um eine geeignetes Vakuum in einer geeignet kurzen Zeit zu erzeugen.
Wenn der Tank 12 z. B. eine Innenvolumen von et wa 35,95 Litern
aufweist, kann ein geeignetes Vakuum – was typischer Weise etwa
bei 33,782 × 103 Pa (25,4 cm Hg) liegt – im Tank 12 durch
Betätigen
der Pumpe 14 für
etwa eine Minute erreicht werden. Während sich der Tank 12 mit
Fäkalien
füllt,
weist die Luftmenge im Tank oberhalb der Fäkalien eine verringertes Volumen
auf, und dadurch wird die Zeit zur Errichtung des geeigneten Vakuumniveaus
im Tank 12 reduziert, während
sich der Tank 12 füllt.
Die einzigartige Fähigkeit
der Pumpe 14, Wasser zu pumpen bedeutet, dass sie wenigstens
einen Liter Wasser pro Minute pumpen kann, wenn dies nötig ist,
typischerweise wenigstens 5 Liter pro Minute (z. B. 7 bis 8 Liter
pro Minute).
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Jede geeigneten herkömmlichen
Sensoren oder Steuereinrichtungen können zusammen mit dem Tank 12 vorgesehen
sein, um anzuzeigen, wann er voll ist oder kurz davorsteht oder
um die Pumpe 18 zu betätigen,
um den Tank automatisch zu leeren, wenn er einen bestimmten Füllstand
erreicht, oder um die Betätigung
des Motors 28 zu verhindern. Sollte jedoch Wasser in die
Pumpe 14 gezogen werden, obwohl sie dafür nicht ausgelegt ist, kann
das Wasser durch die Pumpe 14 fließen, ohne die Pumpe zu beschädigen, insbesondere,
weil die inneren Komponenten aus Kunststoff oder Gummi sind.
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Die Membranpumpe 14 umfasst
vorzugsweise einen zentralen Gehäuseabschnitt 31 (der
für sich in 2 zu sehen ist), der erste
und zweite entgegengesetzt gerichtet Scheibenventile (die als Rückschlagventile
arbeiten) darin aufweist, wie es allgemein durch die Bezugszeichen 32 und 33 in 2 gezeigt ist, und er weist
ein erstes Scheibenventilelement 34 und ein zweites Scheibenventilelement 35 auf,
und die Scheibenventilelemente 34, 35 reagieren
auf den Fluiddruck (die Elemente 34, 35 sind in 1 zur Klarheit nicht gezeigt,
d.h. damit die Luftströmung – die durch
Pfeile 37 gezeigt ist – darin
besser gezeigt werden kann).
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Der mittlere Abschnitt 31 des
Gehäuses
für die
Pumpe 14 weist einen Einlass 15 und einen Auslass 17 darin
auf und enthält
eine erste Trennwand 38, die im wesentlichen parallel zur
Richtung der Luftbewegung ist und sich direkt zwischen dem Einlass 15 und
dem Auslass 17 befindet, und weist eine zweite Trennwand 39 auf
(siehe 1 bis 3), die die direkte Luftströmung zwischen
dem Einlass 15 und dem Auslass 17 verhindert.
Die Wand 38 kann im allgemeinen horizontal und die Wand 39 im
allgemeinen vertikal sein.
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Die erste Trennwand 38 weist
eine Mehrzahl an ersten Perforationen 41 darin auf, die
sich durch die erste Trennwand 38 von ihrer einen Oberfläche zur
anderen erstrecken, und weist eine zweite Mehrzahl von Perforationen 42 auf,
die sich auch von der einen Fläche
zur anderen erstrecken und mit dem Scheibenventilelement 35 verbunden
sind. Wie am deutlichsten in 1 und 2 zu sehen ist, sind die
Perforationen 41 mit einer konkaven „oberen" Oberfläche 43 der Wand 38 und
die Perforationen 42 mit einer „unteren" konkaven Oberfläche 44 der Wand 38 verbunden.
Mit den konkaven Wandabschnitten 43, 44 sind entgegengesetzt
gerichtete Blindbohrungen 45, 46 verbunden, die
in der Trennwand 38 ausgebildet sind. Die Scheibenelemente 34, 35 sind
mit der ersten Trennwand 38 mittels gewöhnlicher Kunststoffkanuklemmen 47, 48 verbunden – wie es
am deutlichsten in 2 zu
sehen ist, deren Köpfe
aber in einer gepunkteten Linie in 3 bzw. 4 gezeigt sind – , um die Scheibenelemente 34, 35 an
Positionen zu halten, an denen sie lösbar die Perforationen 41, 42 abdecken
bzw. die Strömung
dadurch blockieren.
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Für
die spezielle, in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform sind die Scheibenventilelemente 34, 35 vorzugsweise
kreisförmige
Teile aus Elastomermaterial wie künstlichem Gummi, die einen Durchmesser
von etwa 3.2 cm (1.25 Zoll) und eine Dicke von etwa 0.079 cm (0.031
Zoll) aufweisen. Die Scheibenelemente 34, 35 sind
vorzugsweise eher Scheiben aus einem verstärkten, ausgestanzten, flachen
Elastomermaterial (Kunststoff oder Gummi) anstatt pressgeformte
Ventile. Wenn mit diesem Aufbau die Membran 24 sich von
der in 1 gezeigten Position
um einen halben Hub aufwärts
bewegt, wird ein Vakuum in der Kammer 50 (siehe 1) erzeugt, das die Luft
durch die Perforationen strömen
lässt, wobei
sie das Scheibenelement 34 ablenkt und in die Kammer 50 gelangt,
während
das Vakuum das Scheibenelement 35 gegen den konkaven Wandabschnitt 44 zieht,
um die Perforationen 42 zu verschließen, so dass keine Luft hindurchtreten kann.
Wenn die Membran 24 die Spitze ihres Hubs im Raum 25 erreicht
und sich anschließend
zum Boden ihres Hubs abwärts
bewegt, wird ein Druck in dem Volumen 50 erzeugt, der die
Luft zwingt, durch die Perforationen 42 vorbei am Scheibenventilelement 35 zu
treten (wobei dieses abgelenkt wird) und zur selben Zeit das Scheibenelement 34 in
die Verschlussanordnung mit dem konkaven Wandabschnitt 43 zu
drücken,
so dass keine Luft durch die Perforationen 41 treten kann.
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Es ist auch wünschenswert, dass das Volumen 50 mit
einer Verjüngung
ausgebildet ist. Z. B. definiert die ringförmige Wand 51 (siehe 1) das Volumen 50 so,
dass es einen oberen Durchmesser (wie in 1 an der Zwischenposition der Membran 24 in
einer mittleren Position zwischen den Enden ihres Hubs zu sehen
ist) mit etwa 5.4 cm und einem unteren Durchmesser (unmittelbar über dem
konkaven Wandabschnitt) von etwa 4.75 cm aufweist. D. h., der Prozentsatz
der Flächenreduzierung
von oben nach unten im Volumen 50 beträgt etwa 83 bis 93%, z. B. etwa
88%. Diese Verjüngung 51 steigert
die Pumpeneffizienz und ergibt, wenn man sie mit einer bevorzugten
Hublänge
von etwa 0.78 cm und einer bevorzugten Motordrehzahl von etwa 2300
U/min. kombiniert, ein optimales Effizienz/Geräuschverhältnis.
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1 zeigt
auch andere beispielhafte Gehäusekomponenten,
die mit der Komponenten 31 verbunden sind, um verschiedene
Volumina innerhalb der Pumpe 14 zu verschließen. Die Randabschnitte
der Membran 24 sind zwischen der oberen Oberfläche 52 (siehe
insbesondere 2 und 4) des zentralen Gehäuseabschnitts 31 und
einem oberen Gehäuseabschnitt 53 (siehe 1) mit einer geeigneten
Konfiguration eingeklemmt. Ein Bodenabschnitt 54 verschließt die Böden der
Volumina 55, 56 (siehe Figur 1) auf den
gegenüberliegenden Seiten
der zweiten Trennwand 39. Die Volumina 55, 56 wirken
mit dem Einlass 15 bzw. dem Auslass 17 zusammen.
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Vorzugsweise weist die obere Oberfläche 52 eine
Mehrzahl konzentrischer Dichtungsringe 57 (siehe 2 und 4)
auf, die sich von der Oberfläche 52 aus
nach oben erstrecken. Die Ringe 57 können z. B. 0.078 cm breit 0.039
cm hoch und radial voneinander mit einem gemeinsamen Mittelpunkt
um 0.32 cm beabstandet sein. Ähnliche
Dichtungsringe 58 (siehe 2 und 3) können außerdem auf der Bodenfläche des
Gehäuseabschnitts 31 zum
Zusammenwirken mit einem elastomeren Dichtring (nicht gezeigt) zwischen
dem unteren Gehäuseabschnitt 54 und
dem mittleren Gehäuseabschnitt 31 vorgesehen sein.
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Während
die Gehäuseabschnitte 53, 31, 54 in
jeder geeigneten Weise zusammengehalten werden können, können sie durch Metall- oder
Kunststoffbefestigungselemente (wie Bolzen oder Muttern) miteinander
verbunden werden, die mit der Öffnung 60 (siehe 3 und 4) im
Gehäuseabschnitt 31 und ähnlichen Öffnungen
(nicht gezeigt) im Abschnitt 53, 54 verbunden
sind.
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Die erfindungsgemäße Luftpumpe
14 kann mit
anderen Komponenten einer Vakuumtankanordnung neben den Komponenten
der in
1 gezeigten Anordnung
10 verbunden
werden. Z. B. kann, wie es schematisch in
2 gezeigt ist, der Einlass
15 mit
einem Tank
62 verbunden werden, der nur als Vakuumvorrat
dient. Der Tank
62 wird durch eine Pumpe
63 mit
einem separaten Speichertank
64 verbunden, oder andere
geeignete herkömmliche
Komponenten können
vorgesehen werden, wie sie z. B. in
US
5621924 gezeigt sind (deren Offenbarung durch Bezugnahme
hiermit eingeschlossen sein soll).
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Bei der herkömmlichen Verwendungsweise der
erfindungsgemäßen Anordnung 10 wird,
wenn die Anordnung anfangs verbunden wird oder nachdem der kombinierte
Vakuum/Speichertank 12 durch die Pumpe 18 im wesentlichen
geleert wurde, unter Verwendung herkömmlicher manueller oder automatischer
Steuerungen der Motor 28 aktiviert, um die Verbindungsstange 29 im
Raum 25 hin- und herzubewegen. Dies veranlasst die Membran 24,
sich nach oben und nach unten zu bewegen, wobei abwechselnd Luft
aus dem Tank 12 durch den Kanal 16 in den Einlass 15 abgezogen
wird und - wie durch die Pfeile 37 gezeigt -durch die Perforationen 41 in
die Kammer 50 eintritt, während das Scheibenventilelement 35 die
Perforation 42 verschließt und anschließend durch
die Abwärtsbewegung
der Membran durch ihre Hublänge
von etwa 0.79 cm ausgestoßen wird,
indem sie - wie durch die Pfeile 37 gezeigt - aus den Perforationen 42 austritt,
während
das Scheibenventil 34 die Perforationen 41 verschließt. Die Luft
strömt
anschließend
durch den Auslass 17 durch den kombinierten Schalldämpfer/Geruchsfilter
19, so dass der Schall typischerweise unter 65 Dezibel gehalten
und die Mehrheit der Gerüche
durch die Aktivkohle 21 absorbiert werden.
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Nachdem der Motor 28 der
Pumpe 14 lange genug gelaufen ist, um das gewünschte Vakuum
im Tank 12 zu erzeugen (z. B. 20 bis 30 cm, vorzugsweise
etwa 25.5 cm, Hg), wird der Motor 28 automatisch (durch
herkömmliche
Sensoren und Steuerungen) ausgeschaltet. Wenn die Toilette 11 gespült wird, zieht
das Vakuum im Tank 12 die Fäkalien durch den Kanal 13 in
den Tank 12. Wenn es nötig
ist, ein gewünschtes
Vakuumniveau wieder herzu stellen, dann wird der Motor 28 wieder
automatisch aktiviert, um die Membran 24 hin- und herzubewegen,
so dass das gewünschte
Vakuumniveau im Tank 12 wieder hergestellt wird.
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Fast alle internen Komponenten der
Pumpe 14 bestehen aus Kunststoff, Gummi oder anderem Nichtmetall.
Z. B kann der gesamte Gehäuseabschnitt 31 als
ein einzelnes Stück
aus Kunststoff wie ABS oder Polypropylen oder Nylon geformt sein.
Die Kanuklemmen 47, 48 bestehen auch vorzugsweise aus
Kunststoff wie auch die Gehäuseabschnitte 53, 54.
Die Ventilscheiben 34, 35 bestehen aus Elastomermaterial
wie auch die Membran 24. Typischerweise bestehen nur die
Platten 26, 27 und verschiedene Antriebskomponenten
wie Befestigungselemente und Kugellager und vielleicht noch die
Bolzen, die durch die Öffnung 60 führen, um
die Gehäuseabschnitte 53, 31, 54 zusammenzuhalten,
aus Metall. Auf diese Weise können
Gewicht und Kosten der Luftpumpe 14 minimiert sowie ein
Korrosionsschutz sichergestellt werden, sollte eine Flüssigkeit
unbeabsichtigt in die Pumpe 14 gezogen werden oder Feuchtigkeit
darin kondensieren.
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5 ist
eine schematische Darstellung einer Beispielform, die der Mechanismus
zur Hin- und Herbewegung
der Membranpumpe annehmen kann, der nur schematisch in 1 gezeigt ist. In 5 sind die zu den Ausführungsformen in den 1 bis 4 identischen
Komponenten mit demselben Bezugszeichen gezeigt, während Strukturen,
die ähnlich aber
nicht identisch sind, mit demselben Bezugszeichen aus zwei Ziffern
gezeigt sind, wobei allerdings eine „1" vorangestellt ist.
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In der Ausführungsform von 5 endet
die Verbindungsstange 129 mit dem Gewindeende, das von
der Mutter 70 aufgenommen wird, und die Stützplatten 126, 127 weisen
vorzugsweise, wie gezeigt, eine Tellerform auf. Die Verbindungsstange 129 ist oben
ringförmig,
wie deutlich in 5 zu sehen ist, und
enthält
darin zwei Kugellagerlaufringe oder ähnliche Komponenten, wie z.
B. den inneren Laufring 72 und den äußeren Laufring 73 mit
herkömmlichen Stahlkugellagern
(nicht gezeigt) dazwischen. In dem inneren Laufring 72 ist
ein Exzenter 74 eingepresst, der vorzugsweise direkt (oder
gegebenenfalls mit einer Untersetzung) mit der Antriebswelle des
Motors 28 verbunden ist.
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Der Motor 128 ist mit einer
Montagehalterung, die vertikale Seitenwände 76 und eine Rückwand 77 enthält, befestigt,
wobei die Seitenwände 76 und
vielleicht auch die Rückwand 77 geschweißt oder
auf andere Weise am Gehäuseabschnitt 153 angebracht
sind (der in dieser Ausführungsform
aus Metall besteht). Der Motor 128 kann in der Halterungsrückwand 77 durch
Bolzen 78 befestigt werden, die integral mit dem Motorgehäuse sind,
und durch Muttern 79, die mit den Bolzen 78 auf
der vom Motor 128 aus gegenüberliegenden Seite der Wand 77 zusammenwirken.
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Bei der Ausführungsform der 6 bis 8 ist anstelle von (oder zusätzlich zu)
dem Filter/Schalldämpfer
19 ein Mittel vorgesehen, um den Vakuumverlust zu vermeiden, sogar
wenn Fremdmaterial die Ventilelemente 34, 35 beschädigt, und
um etwas Geräuschreduktion
zu schaffen. Der Auslass 17 vom Hauptgehäuseabschnitt 31 ist
mit einem konischen Ventilsitz 81 in seinem Inneren 82 (siehe 7) zur Aufnahme eines konischen Rattenschwanzrückschlagventilelements 83 ausgebildet.
Das Element 83 besteht vorzugsweise aus Elastomermaterial,
das sich hinreichend ablenken lässt,
um der Luft die Bewegung vom Volumen 56 aus dem Gehäuseabschnitt 31 heraus
zu ermöglichen,
wie es durch die Pfeile 37 angedeutet ist. Der höhere Luftdruck
außerhalb
des Gehäuseabschnitts 31 zwingt
das Element 83 in den Kontakt mit dem Sitz 81,
um den Vakuumverlust zu verhindern, und funktioniert somit als Ersatzrückschlagventil.
Auch das Element 83 ist ein Geräuschreduzierer, der eine Geräuschunterdrückung (typischerweise
etwa 3 Dezibel in dem Bereich, in dem er typischerweise betrieben
wird) zur Verfügung
stellt. Vorzugsweise wird das Element 83 durch einen Stempel 84 (6) an Ort und Stelle gehalten, der in
einer Ventilhalterung 85 (siehe insbesondere 8) aufgenommen wird.