DE19804160A1 - Selbsttätig wirkende Stoßentleerungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätig wirkende Stoßent­ leerungsvorrichtung für reine und verschmutzte Flüssigkei­ ten. Besonders vorteilhaft ist sie in der Abwassertechnik einsetzbar.

Als selbsttätig hydraulisch und mechanisch wirkende Stoßentleerungsvorrichtungen sind beispielsweise fallende und steigende Heber, Glockenheber, Kippwagenheber und Schwimmkugel-/Ventilheber bekannt, die aber bei stark redu­ ziertem Zulauf entweder im Anspring- oder Abrißverhalten zu unerwünschten Betriebszuständen wie zu langsames Ansprin­ gen, dauernder Durchlauf bei geringer Leistung und unzuver­ lässige Beendung der Beschickung führen können.

Eine selbsttätig wirkende Hebervorrichtung ist aus DE 42 12 708 A1 bekannt. Der hier vorliegenden Zielstellung am nächsten kommt die aus DE 41 37 768 C1 bekannte selbst­ tätige Hebervorrichtung. Bei dieser bewegt sich ein Schwim­ mertopf in einer Heberglocke, wobei der Schwimmertopf zwi­ schen einer zum Deckel der Glocke beabstandeten Stellung und einer am Deckel anliegenden Stellung beweglich ist. Die Absaughöhe wird danach durch die übergestülpte Heberglocke bestimmt. Die Auslösung des Hebervorganges erfolgt nach An­ stoßen des Schwimmertopfes an der oberen Heberglockenbe­ grenzung durch lokalisiertes Einströmen der Flüssigkeit in den Schwimmertopf und Absenkung desselben bis zum unteren Anschlag in der Glocke. Die Restflüssigkeit, die nach Been­ digung des Hebervorganges im Schwimmertopf verbleibt, wird mit den Mitteln eines Hilfshebers (Heberschlauch) oder ei­ ner Bohrung im Schwimmertopf (kleine Auslauföffnung) ent­ leert, so daß der nächste Hebervorgang beginnen kann.

Die Nachteile dieser Lösung sind, daß die gewünschte Stoßentleerung nur durch das sehr lokalisierte Überlaufen in den Schwimmertopf eingeleitet und dessen Aufschwimmbe­ grenzung durch die über ihn reichende Heberglocke verzögert wird. Mittel, die zur plötzlichen Stoßbeschickung führen, fehlen. Außerdem sind die zur Entleerung des Schwimmertop­ fes eingesetzten Mittel, wie Heberschlauch oder Auslauföff­ nung mit kleinem Auslaufquerschnitt (dieser wirkt dem An­ springen entgegen), besonders deshalb nur begrenzt geeig­ net, weil diese bei verschmutzten Flüssigkeiten, z. B. Ab­ wasser, durch grobdisperse Stoffe aber auch Bakterienfilm­ bildung zum Verstopfen neigen und somit den Betrieb unsi­ cher machen.

Das zwingende Erfordernis, die ständige Reproduzierbarkeit der Einrichtung zu erhalten, liegt in der gesicherten Ent­ leerung des Schwimmertopfes am Ende eines Arbeitshubes. Die hierzu bekannten Lösungen bleiben nur bei nicht sehr oder sehr wenig verschmutzten Wässern funktionstüchtig.

Für alle bekannten Lösungen wie Einsatz von Hilfsheber, Entleerungsbohrungen in Richtung Ablaufrohr, in Richtung Glockeninnenraum mit oder ohne Klappenverschluß, ist das Verstopfen durch Schmutzstoffe, Zuwachsen durch biologische Mikroflora oder Auskristallisationen gegeben. Für das in DE 41 37 768 C1 dargestellte Beispiel mit Entleerungsboh­ rung in Richtung Ablaufrohr ist bei geringen Zulaufmengen mit Wasseraustritt aus dem Ablaufrohr zu rechnen, so daß bei Nutzung als Beschickungseinrichtung im Winterbetrieb unter Frostbedingungen Probleme auftreten. Für die Beispie­ le mit Entleerungsbohrung in Richtung Glockenraum mit und ohne Klappenverschluß ist für erstere bei kleinen Zulauf­ mengen die Funktion generell und im zweiten Fall die Dauer­ haftigkeit der Funktion in Frage gestellt. Das postulierte Anliegen der Erfindung, daß selbst bei kleinsten Zulaufmen­ gen (ml/s) der Heber verläßlich anspringen soll, wird durch die vorgeschlagenen technischen Lösungen zur Entleerung des Schwimmertopfes in Frage gestellt.

Durch die Führung des Schwimmertopfes in einer Heberglocke und die Begrenzung des Hubes durch den Glockenkopf und Glockenboden sind die benannten Ausführungsformen für die Strömungsverbindung bei Oberwasserstand nur für nicht oder wenig verschmutzte Wässer ohne Grobstoffbestandteile geeig­ net. Gleiches gilt für den Arbeitszustand mit abgesenktem Schwimmertopf. Bei Rückstauerscheinungen oder Druckstößen im Ablaufrohr ist eine Unterbrechung des Heberzyklus vor Erreichen des vorgesehenen Unterwasserstandes zu erwarten. Bei Einsatz der vorgeschlagenen technischen Lösung im Ab­ wasserbereich ist aufgrund der komplizierten Bauweise mit Verstopfungen und Ausfallerscheinungen zu rechnen. Die He­ berkonstruktion erzeugt im Ansaugbereich eine vertikal ge­ richtete Strömungsrichtung, die den Einsatz in Sedimenta­ tionsanlagen verbietet. Die sehr kompakte Bauweise des He­ bers erlaubt ohne Demontage keine Kontrolle der Funktion­ stüchtigkeit und erfordert sehr aufwendige Wartungs- und Kontrollarbeiten.

Der nachfolgend vorgestellten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stoßentleerungsvorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe auch bei geringsten Zulaufmengen eine Stoßent­ leerung mit sofortiger, voller Leistung erreicht wird. Es soll ein sicherer Betrieb auch für verschmutzte Wässer, die zu Verstopfungen neigen, gewährleistet werden.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß am oberen Ende eines höhenverschiebbaren Abflußrohres ein nach oben offenes Schwimmergefäß befestigt wird und erfindungsgemäß der in das Schwimmergefäß hineinragende Abflußrohrstutzen durch eine Heberglocke abgedeckt ist, die einen verstopfungsfrei­ en Ringspalt zum Außendurchmesser des innen liegenden Ab­ flußrohrstutzens freiläßt, wobei das Abflußrohr mit einer elastisch verformbaren Wand ausgestattet ist, die bei Druckabfall im Abflußrohr zu dessen Verkürzung führt, und das Abflußrohr weiterhin als Siphon am unteren Ende zur Un­ terstützung des Aufbaues eines hohen Unterdrucks bei Was­ serdurchfluß ausgebildet ist.

Die Funktion der Vorrichtung beginnt bei Erreichen eines Höchstwasserspiegels, der ein weiteres Aufschwimmen der Vorrichtung, aufgrund des eingetretenen Kräftegleichge­ wichts von Maximalauftrieb und Gegenkraft des elastisch ge­ dehnten Abflußrohres, verhindert. Mit dem ersten Wasser­ tropfen, der über die Überfallkante des nach oben offenen Schwimmergefäßes fällt, wird bereits das Kräftegleichge­ wicht gestört, weil diese kleine Wassermenge zunächst im Schwimmergefäß verbleibt und zum Aufstau des Wassers, d. h. zur Gewichtszunahme in diesem, führt. Hiermit wird im Ge­ gensatz zu bekannten Lösungen, die mit oberen Anschlagmit­ teln sowie einer lokalisierten Wasserzuleitung arbeiten, sofort der Abtauchprozeß der gesamten Stoßbeschickungsvor­ richtung eingeleitet.

Das Wasser fällt über die gesamte Überfallkante des Schwim­ mergefäßes, und mit jedem Überlaufanteil mehr beschleunigt sich der Abtauchprozeß und führt nahezu augenblicklich da­ zu, daß das Wasser unter die Glocke eindringt und über den Ringraum zwischen Glockeninnenrand und der Außenwand des in das Schwimmergefäß hineinragenden Abflußrohres, das als He­ berfallrohr des Glockenhebers wirkt, hineinströmt, bzw. am Anfang hineinfällt. Da mit diesem Vorgang das Abflußrohr sowohl über die Zulaufseite durch die Heberglocke, als auch die Ablaufseite durch den Siphon von der Außenluft abge­ schlossen ist, und in dem als Fallrohr ausgebildeten Ab­ flußrohr durch das herabstürzende Wasser Luft mitgerissen und über den Siphon abgeführt wird, baut sich sehr rasch ein Unterdruck im Abflußrohr auf. Dieser Unterdruck führt zur Verkürzung des elastisch verformbaren Abflußrohres, die sich in Form des Abtauchens der Stoßentleerungsvorrichtung äußert, und unterstützt das schnelle Erreichen der Maximal­ leistung des Stoßentleerers. Mit fallendem Wasserstand im zu entleerenden Gefäß wird der auf der abgetauchten Stoß­ entleerungsvorrichtung liegende Wasserdruck ständig gerin­ ger, bis die Gegenkräfte aus elastisch verformtem Abfluß­ rohr zu einem Auftauchen der Stoßentleerungsvorrichtung führen. Bei Überschreitung des Kräftegleichgewichts wird das Auftauchen irreversibel beschleunigt, da mit jeder Auf­ tauchstrecke Gegendruck und Wasserstrom und somit auch Eva­ kuierung nachlassen. Schließlich fällt der Gefäßwasserspie­ gel unter die Höhe der Überlaufkante des nach oben offenen Schwimmergefäßes des Stoßentleerers. Dann dauert es nur noch kurze Zeit bis das Wasser aus dem Schwimmergefäß über den Ringspalt unter der Heberglocke abgesaugt ist und die Stoßentleerungsvorrichtung vollständig auftaucht. Der ver­ bleibende Restwasserstand im Schwimmergefäß ist so niedrig, daß keine Mittel benötigt werden, diesen zu entfernen. Die Ausgangsbedingungen für einen neuen Zyklus sind somit gege­ ben.

In den nachfolgenden zwei Ausführungsbeispielen wird die stoßweise Entleerung eines Abwasserabsetzbeckens 9 zum Zwecke der intermittierenden Beschickung, z. B. eines Sickerbeckens, dargestellt. Hierbei soll jede Stoßent­ leerung des Absetzbeckenwasserspiegels um ein bestimmtes Maß H erfolgen. Der Oberwasserstand OW ist also möglichst schnell auf den Unterwasserstand UW um den Höhenunterschied H abzusenken. Es ist dabei gleichgültig, ob dem System in der Entleerungszeit über den Zulauf 13 Wasser Q1 zuließt, wobei die Stoßentleerungsvorrichtung so zu dimensionieren ist, daß die Zuflußmenge Q1 kleiner bleibt als die größte Auslaufmenge Q2.

Fig. 1 stellt den Beginn des Überlaufens und damit die Ab­ senkung des Oberwasserspiegels OW um die Differenzhöhe H auf den Unterwasserspiegel UW dar. In Fig. 2 wird die maxi­ male Absenkung des Wasserspiegels kurz vor Wiederauftauchen der abgesenkten Stoßentleerungsvorrichtung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Abwasserabsetzbecken 9, in das die Stoßent­ leerungsvorrichtung 1 eingebaut ist. Sie ist im wesentli­ chen rotationssymmetrisch zur Achse A-A ausgebildet. Das Abflußrohr 3 der Stoßentleerungsvorrichtung 1 ist mehrtei­ lig ausgebildet. Es weist einen oberen, starren Ab­ schnitt 5, einen mittleren, elastisch verformbaren Ab­ schnitt 4 und einen unteren, starren als Siphon ausgebilde­ ten Abschnitt 7 aus. Der mittlere elastische Abschnitt 4 wird vorzugsweise als Faltenbalg ausgebildet. Der obere starre Abschnitt 5 des Abflußrohres 3 ragt über die Hälfte der Höhe des nach oben offenen Schwimmergefäßes 2 in dieses hinein und ist mit diesem starr verbunden. Die Hebergloc­ ke 6 ist im Schwimmergefäß 2 über dem Abflußrohr 3 durch mehrere offene Klemmstege 12 fixiert, die einen ungehinder­ ten Durchfluß gewährleisten. Von den mehreren Klemmste­ gen 12 ist in der Abbildung nur einer dargestellt. Das nach oben offene Schwimmergefäß hat eine horizontale Überfall­ kante 11. Der verbleibende Ringspalt 10 zwischen Hebergloc­ ke 6 und Abflußrohr 3 ist so groß gestaltet, daß Verstop­ fungen der Stoßentleerungsvorrichtung auszuschließen sind.

Die schnelle Absenkung der Stoßentleerungsvorrichtung 1 wird durch die Erzeugung eines Unterdrucks im elastischen Abflußrohr 4 durch die Abführung der Luft nach Wasserein­ tritt in das Abflußrohr 3 über einen nur sehr geringen Hö­ hensprung 8 im Siphon 7 erreicht, der im vorliegenden Bei­ spiel 1/4 des Durchmessers des Abflußrohres 3 beträgt und der einen Außenluftzutritt verhindert. Die elastische Wand des verwendeten Faltenbalges 4 ist so vorgeformt, daß bei Unterdruckerzeugung eine Rohrverkürzung stattfindet.

Mittels des Ringspaltes 10 zwischen Heberglocke 6 und dem oberen Abschnitt 5 des Abflußrohres 3 erfolgt ein Absaugen des Restwassers im Schwimmergefäß 2, wodurch die Stoßent­ leerungsvorrichtung 1 wieder in den Ausgangszustand ver­ setzt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das den gleichen Zweck wie im Beispiel 1 verfolgt, ist in Fig. 3 dargestellt. Hier wird für den elastisch verformbaren Abschnitt 4, anstelle des in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Faltenbalges, ein elastischer Schlauch verwendet, wobei ein unterer An­ schlag 14 vorgesehen ist. Dieser Schlauch kann ein armier­ ter Gummischlauch, beispielsweise ein Spiralschlauch sein.

Für größere Anlagen ergibt sich hieraus eine kostengünsti­ gere Realisierungsmöglichkeit.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform wird der starre Abschnitt 5 des Abflußrohres 3 seitlich oder zentrisch in das Schwimmergefäß 2 als übliches Heber­ rohr zugeführt.

Bezugszeichenliste

1

Stoßentleerungsvorrichtung

2

Schwimmergefäß

3

Abflußrohr

4

elastisch verformbarer Abschnitt

5

starrer Abschnitt des Abflußrohres

6

Heberglocke

7

starrer, als Siphon ausgebildeter Abschnitt

8

Höhensprung

9

Abwasserabsetzbecken

10

Ringspalt

11

Überfallkante

12

Klemmstege

13

Zulauf

14

unterer Anschlag

Claims (5)

1. Selbsttätig wirkende Stoßentleerungsvorrichtung für rei­ ne und verschmutzte Flüssigkeiten mit folgenden Merkmalen:

• - am oberen Ende der Stoßentleerungsvorrichtung (1) befin­ det sich ein oben offenes Schwimmergefäß (2),
• - in das Schwimmergefäß (2) ragt ein starrer Abschnitt (5) eines Abflußrohres (3) hinein, der mit dem Schwimmerge­ fäß (2) fest und dicht verbunden ist,
• - das Abflußrohr (3) besitzt unterhalb des starren Abschnit­ tes (5) und außerhalb des Schwimmergefäßes (2) einen elastisch verformbaren Abschnitt (4),
• - über dem starren Abschnitt (5) des Abflußrohres (3) ist eine Heberglocke (6) angeordnet, die sich innerhalb des Schwimmergefäßes (2) befindet,
• - die Heberglocke (6) ist mit dem Schwimmergefäß (2) fest, aber durchströmbar verbunden,
• - das untere Ende des Abflußrohres (3) ist in Form eines Siphons (7) ausgebildet und fest mit dem Entleerungs­ behälter (9) verbunden.

2. Stoßentleerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der elastisch verformbare Abschnitt (4) ein Faltenbalg ist.

3. Stoßentleerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der elastisch verformbare Abschnitt (4) ein elastischer Schlauch ist, wobei für die Begrenzung des Unterwasserspiegels ein unterer Anschlag (14) vorgesehen ist.

4. Stoßentleerungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heberglocke (6) mittels mehreren Klemmstegen (12) am Umfang des Schwimmer­ gefäßes (2) befestigt ist.

5. Stoßentleerungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Höhensprung (8) des Si­ phons (7) kleiner als der Durchmesser des Abflußrohres (3) ist.