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Die Erfindung betrifft eine Rückstausperre für eine Abwasserleitung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Rückstausperre. Eine Rückstausperre der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
EP 0 926 301 A2 bekannt.
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Die bekannte Rückstausperre bzw. Rückstauverschlussvorrichtung weist zwei Sperrelemente, insbesondere einen Betriebsverschluss und einen Notverschluss, auf. Der Betriebsverschluss und der Notverschluss begrenzen einen Rohrleitungsabschnitt der Rückstauverschlussvorrichtung. Der Betriebsverschluss ist mit einer Betätigungseinrichtung verbunden, die den Betriebsverschluss in eine die Abwasserleitung verschließende Stellung bringt, wenn in der Abwasserleitung ein Rückstau auftritt. Der Notverschluss kann manuell in eine Offenstellung und eine Schließstellung überführt werden. Alternativ kann der Notverschluss frei beweglich sein, so dass der Notverschluss bei Auftreten eines Rückstaus die Abwasserleitung selbsttätig verschließt.
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Der Betriebsverschluss und der Notverschluss bzw. die beiden Sperrelemente der bekannten Rückstauverschlussvorrichtung können somit in einer Offenstellung eine Abwasserströmung durch den Rohrleitungsabschnitt freigeben und in einer Fließstellung den Rohrleitungsabschnitt verschließen. Dabei wird die Schließstellung automatisiert oder selbsttätig eingenommen, wenn in Strömungsrichtung hinter den Sperrelementen ein Rückstau auftritt. Somit soll verhindert werden, dass rückgestautes Abwasser in die Rohrleitungen bzw. Abwasserleitungen des Gebäudes zurückgedrängt wird.
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Der Nachteil der bekannten Vorrichtung zeigt sich, wenn bei Vorliegen eines Rückstaus Abwasser über die Abwasserleitungen des Gebäudes in die Kanalisation geleitet werden soll. Durch die verschlossene Rückstauverschlussvorrichtung bzw. Rückstausperre besteht die Gefahr, dass in den Leitungsabschnitten vor der Rückstausperre Abwasser angesammelt und in das Gebäude zurückgedrängt wird. Konkret verhindert die geschlossene Rückstausperre ein Ableiten von Abwasser in die Kanalisation.
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Aus der Praxis sind daher Rückstauverschlussvorrichtungen bzw. Rückstausperren bekannt, die mit einer zusätzlichen Kreiselpumpe ausgestattet sind. Die Kreiselpumpe ermöglicht ein Abpumpen von Abwasser gegen den Rückstau in kanalisationsnahen Rohrleitungen. Dazu ist eine Bypassleitung vorgesehen, die den Betriebsverschluss und/oder den Notverschluss umgeht. Die Kreiselpumpe kann somit Abwasser über einen separaten Rohrleitungskanal an dem Betriebsverschluss bzw. den Notverschluss vorbei leiten und gegen den Rückstaudruck in die Kanalisation befördern.
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Das über die Kreiselpumpe geförderte Abwasser kann feste Bestandteile umfassen. Es besteht daher das Risiko, dass die mechanisch bewegten Teile der Kreiselpumpe beschädigt werden oder zumindest einem erhöhten Verschleiß unterliegen. Dies gilt insbesondere beim Einsatz der aus der Praxis bekannten Vorrichtung in fäkalienhaltigem Abwasser. Wartungsarbeiten and den bekannten Kreiselpumpen sind aufgrund der erforderlichen Arbeit im fäkalienhaltigen Abwasser vergleichsweise aufwändig. Überdies besteht die Gefahr der Verstopfung der Bypassleitung, die bei bekannten Rückstausperren einen gegenüber der Abwasserleitung verringerten Querschnittsdurchmesser aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rückstausperre für eine Abwasserleitung anzugeben, die eine hohe Lebensdauer und einen geringen Wartungsaufwand aufweist. Ferner soll die Rückstausperre einen Rückfluss von Abwasser in ein Gebäude vermeiden. Überdies besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Rückstausperre anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Rückstausperre durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Patentanspruchs 14 gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Rückstausperre für eine Abwasserleitung mit wenigstens zwei Sperrelementen anzugeben, die einen Rohrleitungsabschnitt begrenzen. Die Sperrelemente geben jeweils in einer Offenstellung eine Abwasserströmung durch den Rohrleitungsabschnitt frei. In einer Schließstellung verschließen die Sperrelemente jeweils den Rohrleitungsabschnitt. Zwischen den Sperrelementen ist eine Pumpeinrichtung angeordnet, die eine flexible Membran umfasst. Die flexible Membran ist mit einer Hydraulikpumpe derart wirkverbunden, dass die flexible Membran einen durch die Hydraulikpumpe bewirkten Pumpdruck in dem Rohrleitungsabschnitt überträgt. Der Pumpdruck im Rohrleitungsabschnitt ist dabei größer als ein Rückstaudruck außerhalb des Rohrleitungsabschnitts.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Rückstausperre besteht darin, dass die bewegten Teile der Pumpeinrichtung außerhalb der Abwasserleitung bzw. des Rohrleitungsabschnitts angeordnet sind. Das erhöht die Lebensdauer der Rückstausperre. Überdies wird die Wartung vereinfacht, da die beweglichen Teile der Pumpeinrichtung in sauberer Umgebung zugänglich sind. Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Rückstausperre einen besonders geräuscharmen Betrieb. Die Rückstausperre weist einen konstruktiv einfach Aufbau auf, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer, insbesondere zu einer Reduktion von Verschleiß und Wartungsaufwand, beiträgt und eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.
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Die flexible Membran trennt die Hydraulikpumpe bzw. ein durch die Hydraulikpumpe umgewälztes Hydraulikfluid von dem Abwasser in der Abwasserleitung bzw. dem Rohrleitungsabschnitt. Dazu ist die flexible Membran vorzugsweise fluiddicht ausgebildet. Durch die Wirkverbindung zwischen der flexiblen Membran und der Hydraulikpumpe wird ermöglicht, dass in dem Rohrleitungsabschnitt ein Pumpdruck einstellbar ist, der größer als ein Rückstaudruck außerhalb des Rohrleitungsabschnitts ist. Ein Rückstau aus der Kanalisation kann also durch den Pumpdruck im Rohrleitungsabschnitt überwunden werden. Auf diese Weise wird Abwasser aus dem Rohrleitungsabschnitt zwischen den Sperrelementen gegen den Rückstaudruck in Richtung Kanalisation gepresst.
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Durch die erfindungsgemäße Rückstausperre wird nicht nur verhindert, dass durch den Rückstau in der Kanalisation Abwasser in das Gebäude zurückgedrängt wird, sondern gleichzeitig auch erreicht, innerhalb des Gebäudes anfallendes Abwasser gegen den Rückstaudruck in die Kanalisation zu pressen. Ein Zurückdrängen von Abwasser in das Gebäude bzw. Gebäudeinnere wird somit effizient vermieden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rückstausperre ist die Membran schlauchartig ausgebildet. Insbesondere kann die Membran einen Abschnitt der Abwasserleitung, insbesondere den Rohrleitungsabschnitt oder zumindest einen Teil des Rohrleitungsabschnitts, bilden. Durch die schlauchartige Form der flexiblen Membran wird eine vergleichsweise große Oberfläche zur Übertragung des Pumpdrucks in den Rohrleitungsabschnitt bereitgestellt. Die Pumpeffizienz der Pumpeinrichtung wird somit erhöht. Ferner ist der Aufbau der Pumpeinrichtung vereinfacht, da die flexible Membran gleichzeitig einen Teil des Rohrleitungsabschnitts bildet. Das ermöglicht auch eine einfache und schnelle Nachrüstung bestehender Abwasseranlagen mit der Rückstausperre.
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Die Pumpeinrichtung kann ferner ein fluiddichtes Gehäuse umfassen, das mit der flexiblen Membran einen Pumpraum begrenzt, der mit der Hydraulikpumpe fluidverbunden ist. Vorzugsweise erzeugt die Hydraulikpumpe einen Pumpdruck in dem Pumpraum, der zu einer Auslenkung der flexiblen Membran führt. Dadurch wird der Querschnittsdurchmesser des Rohrleitungsabschnitts zumindest abschnittsweise reduziert. Dabei erhöht sich gleichzeitig der Druck innerhalb des Rohrleitungsabschnitts, also der Pumpdruck innerhalb des Rohrleitungsabschnitts. Sobald der Pumpdruck innerhalb des Rohrleitungsabschnitts den Rückstaudruck außerhalb des Rohrleitungsabschnitts übersteigt, wird zumindest ein Teil des Abwassers im Rohrleitungsabschnitt aus dem Rohrleitungsabschnitt gegen den Rückstaudruck gepresst. Somit kann gegen den Rückstaudruck Abwasser verpumpt werden.
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Die Pumpeinrichtung kann ferner ein zylinderförmiges Lochblech aufweisen, das die flexible Membran umgreift. Die flexible Membran kann sich zumindest in einem Ruhezustand gegen das Lochblech abstützen. Als Ruhezustand wird im Rahmen der Anmeldung der Zustand der flexiblen Membran bezeichnet, bei dem die flexible Membran keinem Pumpdruck, der zu einer Auslenkung der Membran führt, ausgesetzt ist. In diesem Fall wirkt im Wesentlichen der Abwasserdruck auf die Membran, der zu einer Querschnittserweiterung des Rohrleitungsabschnitts führen könnte. Vorteilhafterweise ist die Membran mit dem Lochblech umgeben, so dass die Membran im Ruhezustand gegen das Lochblech abgestützt ist. Somit weist der Rohrleitungsabschnitt im Wesentlichen einen konstanten Querschnittsdurchmesser auf. Das Lochblech begrenzt somit eine Aufweitung der Membran im Rohrleitungsabschnitt. Insgesamt wird auf diese Weise die Stabilität der Membran bzw. allgemein die Lebensdauer der Pumpeinrichtung verbessert.
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Die schlauchartige, flexible Membran weist zumindest in einem Ruhezustand vorzugsweise einen Innendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser der Abwasserleitung entspricht. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass ein Durchflussquerschnitt für das Abwasser über die gesamte Rohrleitung im Wesentlichen gleich ist. Der Leitungsquerschnitt der gesamten Rohrleitung wird durch die Rückstausperre im Wesentlichen nicht beeinträchtigt. Die Rückstausperre bietet somit keine Durchflusshindernisse in der Abwasserleitung bzw. Abwasseranlage. Die Effizienz der Entwässerung wird somit erhöht, insbesondere bei Abwasseranlagen, die fäkalienhaltiges Abwasser führen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rückstausperre ist eine Rückstausonde, die den Sperrelementen in Durchflussrichtung des Rohrleitungsabschnitts nachgeordnet und zur Erfassung des Rückstaudrucks angepasst ist, und/oder eine Abwasserdrucksonde vorgesehen, die den Sperrelementen in Durchflussrichtung des Rohrleitungsabschnitts vorgeordnet und zur Erfassung eines Abwasserdrucks angepasst ist. Die Rückstaudrucksonde und/oder die Abwasserdrucksonde ermöglichen die Erfassung von Druckverhältnissen vor und nach dem Rohrleitungsabschnitt bzw. allgemein der Rückstausperre. Somit wird ermöglicht, den Pumpdruck der Hydraulikpumpe in Abhängigkeit der gemessenen Drücke in der Abwasseranlage einzustellen.
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Vorzugsweise ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die mit der Hydraulikpumpe und der Rückstaudrucksonde und/oder der Abwasserdrucksonde derart signalverbunden ist, dass der Pumpdruck in Abhängigkeit des Rückstaudrucks und/oder Abwasserdrucks steuerbar ist. Die Steuereinrichtung ist also derart angepasst, dass durch die Hydraulikpumpe ein Pumpdruck einstellbar ist, der den Rückstaudruck, der durch die Rückstaudrucksonde erfasst ist, übersteigt. Durch die Steuereinrichtung wird somit ein automatisches Verpumpen von Abwasser aus dem Rohrleitungsabschnitt ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann der mit der Abwasserdrucksonde gemessene Abwasserdruck als Steuerwert für die Steuereinrichtung genutzt werden.
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Vorzugsweise ist die Hydraulikpumpe derart steuerbar, dass eine Strömungsrichtung eines Hydraulikfluids umkehrbar ist. Damit wird der konstruktive Aufwand für die Rückstausperre reduziert, da die Hydraulikpumpe mit einer einzigen Leitung mit dem Pumpraum verbunden sein kann. Durch die umkehrbare Steuerung der Hydraulikpumpe kann das Hydraulikfluid über die einzige Hydraulikleitung in den Pumpraum hineingepumpt oder abgepumpt werden.
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Dem Pumpraum können auch ein Zulauf und ein Ablauf zugeordnet sein, wobei der Zulauf und der Ablauf den Pumpraum jeweils mit einem gemeinsamen Hydraulikfluidreservoir verbinden. Im Zulauf und/oder im Ablauf kann die Hydraulikpumpe angeordnet sein. Durch einen getrennten Zulauf und Ablauf zum Pumpraum kann auf eine umkehrbare Ansteuerung der Hydraulikpumpe verzichtet werden. Die Umschaltzeiten zwischen Einpumpen und Auspumpen des Hydraulikfluids in den Pumpraum werden durch die getrennten Leitungen für den Zulauf und den Ablauf verkürzt, so dass der Pumpdruck im Pumpraum bzw. Rohrleitungsabschnitt vergleichsweise schnell aufbaubar und wieder abbaubar ist.
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Der Zulauf und der Ablauf können jeweils ein Ventil umfassen, das mit der Steuereinrichtung derart signalverbunden ist, dass der Zulauf und/oder der Ablauf absperrbar sind. Das Ein- und Auspumpen des Hydraulikfluids in den Pumpraum kann somit durch die Steuereinrichtung schnell und wirkungsvoll gesteuert werden. Zum Einpumpen des Hydraulikfluids ist insbesondere vorgesehen, dass ein Ventil im Zulauf, insbesondere ein Zulaufventil, geöffnet, und ein Ventil im Ablauf, insbesondere ein Ablaufventil, geschlossen sind. Zum Abpumpen des Hydraulikfluids aus dem Pumpraum und somit zum Entlasten der flexiblen Membran ist hingegen vorgesehen, zumindest das Ablaufventil zu öffnen. Zusätzlich kann vorteilhafterweise das Zulaufventil geschlossen werden.
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Die Hydraulikpumpe ist vorzugsweise im Zulauf angeordnet. Das hat den Vorteil, dass der Pumpraum auf der Druckseite der Hydraulikpumpe angeordnet ist, so dass in dem Pumpraum schnell und effizient ein Pumpdruck einstellbar ist.
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Ferner kann eine Abpumpvorrichtung vorgesehen sein, die im Ablauf des Pumpraums angeordnet ist. Durch die Abpumpeinrichtung kann der Abbau des Pumpdrucks bzw. das Ausleiten des Hydraulikfluids beschleunigt werden.
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Wenigstens eines der Sperrelemente umfasst jeweils ein selbsttätiges Klappenventil oder ein Kugelventil oder ein zwangsgesteuertes Ventil. Die vorgenannten Ventilarten weisen unterschiedliche Vorteile auf und können in unterschiedlichen Anwendungen der Rückstausperre eingesetzt werden. Bei der Auslegung der Rückstausperre in unterschiedlichen Anwendungsbereichen bzw. unterschiedlichen Skalierungen wählt der Fachmann das geeignete Sperrelement. Klappenventile weisen den Vorteil auf, dass die Überführung von der Offenstellung in die Schließstellung und umgekehrt im Wesentlichen selbsttätig erfolgt. Eine zusätzliche Steuerung oder Energieversorgung ist nicht erforderlich. Kugelventile zeichnen sich hingegen durch eine verbesserte Dichtigkeit aus. Zwangsgesteuerte Ventile können mit der Steuereinrichtung signalverbunden sein, so dass die Öffnungs- und Schließzeiten der Sperrelemente steuerbar sind. Beispielsweise kann das Ventil derart angesteuert sein, dass die Offenstellung eingenommen wird, wenn der Pumpdruck den Rückstaudruck um einen bestimmten Betrag, beispielsweise wenigstens 1%, insbesondere wenigstens 3%, insbesondere wenigstens 5%, insbesondere wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 15%, übersteigt. Damit wird auch bei Schwankungen des Rückstaudrucks ein sicheres Verpumpen des Abwassers im Rohrleitungsabschnitt der Rückstausperre erreicht.
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Gemäß einem nebengeordneten Aspekt beruht die Erfindung auf dem Gedanken, ein Verfahren zum Betreiben einer zuvor beschriebenen Rückstausperre anzugeben, wobei die Pumpeinrichtung derart gesteuert wird, dass bei einem Abwasserdruck vor dem Rohrleitungsabschnitt, der höher als ein Rückstaudruck hinter den Rohrleitungsabschnitt ist, die flexible Membran ausgelenkt wird, um Abwasser gegen den Rückstaudruck aus dem Rohrleitungsabschnitt zu pumpen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nicht nur eine sichere Sperre bzw. Barriere gegen einen möglichen Rückstau aus der Kanalisation, sondern bietet überdies die Möglichkeit innerhalb eines Gebäudes anfallendes Abwasser gegen den Rückstaudruck in die Kanalisation zu pressen. Dabei nutzt das erfindungsgemäße Verfahren vergleichsweise einfache Mittel, so dass ein zuverlässiger und langzeitstabiler Betrieb der Rückstausperre ermöglicht ist. Weitere bevorzugte Funktionen und Vorteile sind im Zusammenhang mit der zuvor erläuterten Rückstausperre beschrieben und gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer derartigen Rückstausperre.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rückstausperre werden die Sperrelemente derart angesteuert, dass bei einem Abwasserdruck vor den Rohrleitungsabschnitt, der höher als ein Rückstaudruck hinter dem Rohrleitungsabschnitt ist, ein erstes Sperrelement, das in Durchflussrichtung der Pumpeinrichtung vorgeordnet ist, geschlossen und ein zweites Sperrelement, das in Durchflussrichtung der Pumpeinrichtung nachgeordnet ist, geöffnet wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Pumpeinrichtung das Abwasser in Richtung Kanalisation verpumpt. Ein Zurückdrängen des Abwassers in das Gebäude bzw. Gebäudeinnere wird somit vermieden.
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Im Rahmen der Anmeldung wird ferner explizit die Verwendung einer Pumpeinrichtung zum Verpumpen von Abwasser in einer Abwasserleitung offenbart, wobei die Pumpeinrichtung eine flexible Membran umfasst, die mit einer Hydraulikpumpe wirkverbunden ist derart, dass die flexible Membran einen durch die Hydraulikpumpe bewirkten Pumpdruck in einen Rohrleitungsabschnitt überträgt. Der Pumpdruck im Rohrleitungsabschnitt ist dabei größer als ein Rückstaudruck außerhalb des Rohrleitungsabschnitts. Ebenfalls wird die Verwendung einer derartigen Pumpeinrichtung zum Betreiben einer Rückstausperre für eine Abwasseranlage, insbesondere eine Abwasseranlage für fäkalienhaltiges Abwasser, offenbart.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen
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1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Rückstausperre nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei die Pumpeinrichtung einen Zulauf umfasst, der mit der Hydraulikpumpe verbunden ist;
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2 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Rückstausperre gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei die Pumpeinrichtung einen Ablauf mit einer Abpumpeinrichtung aufweist; und
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3 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Rückstausperre gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei die Pumpeinrichtung einen Ablauf mit einer Abpumpeinrichtung aufweist, die als Strahlpumpe ausgebildet ist.
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In den Figuren ist schematisch eine Rohrleitung für Abwasser, insbesondere eine Rohrleitung für Abwasser in Gebäuden, dargestellt. Die Rohrleitung bildet einen Teil einer Abwasseranlage. Die Abwasseranlage kann mehrere derartiger Rohrleitungen aufweisen.
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Die Rohrleitung umfasst eine Abwasserleitung 7 und eine der Abwasserleitung 7 in Strömungsrichtung nachgeordnete Rückstauleitung 8. Die Rückstauleitung 8 führt Abwasser von der Rückstausperre vorzugsweise in eine öffentliche Kanalisation. Die Rückstausperre ist zwischen der Abwasserleitung 7 und der Rückstauleitung 8 angeordnet.
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Die Rückstausperre umfasst ein erstes Sperrelement 5, das in der Abwasserleitung 7 angeordnet ist. Das erste Sperrelement 5 kann ein Klappenventil oder ein Kugelventil oder ein zwangsgesteuertes Ventil umfassen. Wenn das erste Sperrelement 5 als Klappenventil ausgebildet ist, ist es bevorzugt, dass das Klappenventil in Fließrichtung des Abwassers in der Abwasserleitung 7 öffnet. Das bedeutet, dass das erste Sperrelement 5 in der Offenstellung vorliegt, wenn der Abwasserdruck in der Abwasserleitung 7 größer als ein Rückstaudruck in der Rückstauleitung 8 ist. Zur Messung des Abwasserdrucks in der Abwasserleitung 7 ist eine Abwasserdrucksonde 26 vorgesehen. Die Abwasserdrucksonde 26 ist dem ersten Sperrelement 5 in Strömungsrichtung des Abwassers vorgeordnet.
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In der Rückstauleitung 8 ist ferner ein zweites Sperrelement 6 angeordnet. Das zweite Sperrelement 6 kann analog zum ersten Sperrelement 5 ein Klappenventil, ein Kugelventil oder ein zwangsgesteuertes Ventil umfassen. Vorzugsweise sind das erste Sperrelement 5 und das zweite Sperrelement 6 gleichartig ausgebildet. Beispielsweise können das erste Sperrelement 5 und das zweite Sperrelement 6 jeweils ein Klappenventil umfassen. Es ist auch möglich, dass das erste Sperrelement 5 und das zweite Sperrelement 6 unterschiedliche Ventilarten aufweisen. Wenn das zweite Sperrelement 6 als Klappenventil ausgebildet ist, öffnet das Klappenventil vorzugsweise in Fließrichtung des Abwassers. Das bedeutet, dass das zweite Sperrelement 6 schließt, sobald ein Rückstaudruck in der Rückstauleitung 8 höher als ein Abwasserdruck in der Abwasserleitung 7 ist. Das zweite Sperrelement 6 kann jedoch unter Einwirkung eines zusätzlichen Drucks, der in Strömungsrichtung vor dem zweiten Sperrelement 6 auf das Abwasser wirkt, zwangsweise geöffnet werden. Entsprechend kann das erste Sperrelement 5 durch einen zusätzlich aufgebrachten Druck zwangsweise geschlossen werden.
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Das Öffnen bzw. Schließen der Sperrelemente 5, 6 kann durch eine Steuereinrichtung gesteuert sein. Mit anderen Worten können die Sperrelemente 5, 6 jeweils einer Betätigungseinrichtung zugeordnet sein, die die Sperrelemente 5, 6 in eine Offenstellung bzw. in die Schließstellung überführt. Die Sperrelemente 5, 6 können elektrisch betrieben sein.
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In der Rückstauleitung 8 ist ferner eine Rückstaudrucksonde 27 angeordnet. Die Rückstaudrucksonde 27 ist dem zweiten Sperrelement 6 in Fließrichtung des Abwassers nachgeordnet. Die Rückstaudrucksonde 27 dient zur Ermittlung eines Rückstaudrucks in der Rückstauleitung 8.
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Die Rückstausperre umfasst ferner eine Pumpeinrichtung, die zwischen den Sperrelementen 5, 6 angeordnet ist. Die Pumpeinrichtung ist dem ersten Sperrelement 5 in Durchflussrichtung des Abwassers nachgeordnet und dem zweiten Sperrelement 6 in Durchflussrichtung des Abwassers vorgeordnet. Die Pumpeinrichtung umfasst ein Gehäuse 3, in dem eine flexible bzw. elastische Membran 1 angeordnet ist. Die elastische Membran 1 weist vorzugsweise eine Schlauchform auf. Der Innendurchmesser der schlauchförmigen, elastischen Membran 1 entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Abwasserleitung 7 bzw. der Rückstauleitung 8. Die schlauchartige, flexible Membran 1 bildet somit einen Abschnitt der abwasserführenden Rohrleitung. Insbesondere bildet die Membran 1 einen Teil eines Rohrleitungsabschnitts, der durch die Sperrelemente 5, 6 begrenzt ist. Die flexible Membran 1 ist fluiddicht ausgebildet.
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Die Pumpeinrichtung umfasst ferner ein zylinderförmiges Lochblech 2, das die flexible Membran 1 umgreift. Mit anderen Worten ist das zylinderförmige Lochblech 2 auf einem Innenumfang durch die Membran 1 ausgekleidet. In einem Ruhezustand stützt sich die Membran 1 an dem Lochblech 2 ab. Das Lochblech 2 verhindert, dass die Membran 1 durch einen Abwasserdruck nach außen gewölbt wird. Der Innendurchmesser der schlauchförmigen Membran 1 im Ruhezustand entspricht somit dem Innendurchmesser der Abwasserleitung 7 bzw. der Rückstauleitung 8. Mit anderen Worten begrenzt das Lochblech 2 eine radiale Aufweitung der schlauchartigen Membran 1.
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Die schlauchartige Membran 1 ist an ihren axialen Enden mit dem Gehäuse 3 fest verbunden. Insbesondere ist die schlauchartige Membran 1 mit dem Gehäuse 3 fluiddicht verbunden, so dass zwischen der Membran 1 und dem Gehäuse 3 ein geschlossener Pumpraum 4 gebildet ist. Der Pumpraum 4 entspricht im Wesentlichen einem Ringspalt zwischen der Membran 1 und dem Gehäuse 3.
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Das Gehäuse 3 umfasst ferner jeweils einen Anschluss für einen Zulauf 16 sowie einen Ablauf 14, 15, 17. Der Pumpraum 4 ist durch die Anschlüsse mit dem Zulauf 16 und dem Ablauf 14, 15, 17 verbunden. Der Zulauf 16 und der Ablauf 14, 15, 17 verbinden die Pumpeinrichtung, insbesondere den Pumpraum 4 mit einem Hydraulikreservoir 9. Der Zulauf 16 umfasst ferner ein Zulaufventil 19. Der Ablauf 14, 15, 17 weist ein Ablaufventil 18, 20, 21 auf.
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Das Hydraulikreservoir 9 dient zur Aufnahme eines Hydraulikfluids 10. Das Hydraulikfluidreservoir 9 bildet also einen Behälter für das Hydraulikfluid 10. Das Hydraulikfluidreservoir 9 umfasst eine obere Füllstandssonde und eine untere Füllstandssonde 25. Die obere Füllstandssonde 24 ermöglicht die Erkennung eines oberen Füllstandswerts der Hydraulikfluids 10 im Hydraulikfluidreservoir 9. Entsprechend ermöglicht die untere Füllstandssonde 25 die Erkennung eines unteren Füllstandswerts des Hydraulikfluids 10 im Hydraulikfluidreservoir 9. Die Füllstandssonden 24, 25 können mit einer Bedieneinheit oder einer Steuereinrichtung signalverbunden sein. Ein Über- oder Unterschreiten einer Mindest- oder Höchstgrenze für den Füllstand des Hydraulikfluids im Hydraulikfiuidreservoir 9 kann somit signalisiert oder automatisiert ausgeglichen werden. Das Hydraulikfluid 10 umfasst vorzugsweise Wasser oder Öl.
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Dem Hydraulikfluidreservoir 9 ist ferner eine Speiseleitung 22 für Hydraulikfluid 10 zugeordnet. Die Speiseleitung 22 umfasst ein Speiseventil 23. Die Speiseleitung 22 mündet in das Hydraulikfluidreservoir 9. Über die Speiseleitung 22 und das Speiseventil 23 kann Hydraulikfluid 10 in das Hydraulikfluidreservoir 9 nachgespeist werden. Die Nachspeisung kann automatisiert durch die Steuereinrichtung erfolgen, die dabei auf die gemessenen Werte der Füllstandssonden 24, 25 zurückgreift. Dazu ist das Speiseventil 23 vorteilhafterweise mit der Steuereinrichtung signalverbunden.
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Die vorgenannten Merkmale gelten für alle in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist zusätzlich eine Hydraulikpumpe 11 vorgesehen, die im Hydraulikfluidreservoir 9 angeordnet ist. Die Hydraulikpumpe 11 ist mit dem Zulauf 16 fluidverbunden. Mit anderen Worten verbindet der Zulauf 16 die Hydraulikpumpe 11 mit dem Pumpraum 4 der Pumpeinrichtung. Der Ablauf 17 gemäß 1 verbindet das Hydraulikfluidreservoir 9 ebenfalls mit dem Pumpraum 4 der Pumpeinrichtung.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch, dass der Ablauf 15 zusätzlich eine Abpumpeinrichtung 12 umfasst. Die Abpumpeinrichtung 12 kann eine Pumpe aufweisen, die analog zur Hydraulikpumpe 11 ausgebildet ist. Die Abpumpeinrichtung 12 ist im Hydraulikfluidreservoir 9 angeordnet und mit dem Ablauf 15 fluidverbunden. Der Ablauf 15 verbindet somit die Pumpeinrichtung, insbesondere den Pumpraum 4, mit der Abpumpeinrichtung 12.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist ebenfalls eine Abpumpeinrichtung 12 vorgesehen, wobei die Abpumpeinrichtung 12 eine Strahlpumpe 13 umfasst. Die Strahlpumpe 13 bzw. Venturidüse ist innerhalb des Hydraulikfluidreservoirs 9 angeordnet und mit dem Ablauf 14 fluidverbunden. Der Ablauf 14 verbindet also die Pumpeinrichtung bzw. den Pumpraum 4 mit der Strahlpumpe 13. Die Strahlpumpe 13 kann mit einer separaten Antriebspumpe verbunden sein. Alternativ kann die Funktion der Strahlpumpe 13 durch den mit der Hydraulikpumpe 11 aufgebauten Hydraulikdruck erreicht werden.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der Rückstausperre bzw. -anlage näher erläutert:
Die Rückstausperre bzw. -anlage dient zum Verhindern von Rückstau und zum Verpumpen von fäkalienhaltigem Abwasser im Falle eines Rückstaus. Dazu wird die Anlage bzw. Rückstausperre vorzugsweise in die Abwasserleitung 7 bzw. eine Abwasseranlage zur freien Entwässerung eingebaut. Die Sperrelemente 5, 6 weisen vorzugsweise einen Innendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser der Abwasserleitung 7 bzw. der Rückstauleitung 8 entspricht. Die schlauchartige Membran 1 weist vorzugsweise denselben Innendurchmesser auf.
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Der Rückstaudruck in der Rückstauleitung 8 wird durch die Rückstaudrucksonde 27 gemessen. Wenn der Rückstaudruck in der Rückstauleitung 8 den Abwasserdruck in der Abwasserleitung 7 übersteigt, schließen die Sperrelemente 5, 6 selbsttätig bzw. werden die Sperrelemente 5, 6 durch die Steuereinrichtung derart angesteuert, dass der durch die Sperrelemente 5, 6 begrenzte Rohrleitungsabschnitt verschlossen wird. Damit wird erreicht, dass die Abwasserleitung 7 gegenüber einem Rückstau in der Rückstauleitung 8 gesichert ist. Wenn das Abwasser bzw. der Abwasserdruck in der Abwasserleitung 7 einen zuvor festgelegten Maximalwert übersteigt, wird das Verpumpen gegen den Rückstau aktiviert. Das Abwasserniveau bzw. der Abwasserdruck wird dabei durch die Abwasserdrucksonde 26 ermittelt. Der zuvor festgelegte Maximalwert kann in der Steuereinrichtung hinterlegt sein. Der Maximalwert kann in Abhängigkeit des Rückstaudrucks festgelegt sein. Beispielsweise kann der Maximalwert dem Rückstaudruck entsprechen. Das bedeutet, dass das Verpumpen gegen den Rückstau aktiviert wird, sobald der Abwasserdruck in der Abwasserleitung 7 den Rückstaudruck in der Rückstauleitung übersteigt. Vorzugsweise erfolgt das Verpumpen gegen Rückstaudruck jedoch bevor der Abwasserdruck den Rückstaudruck überschreitet. Der zuvor festgelegte Maximalwert wird vorzugsweise derart gewählt, dass ein Zurückdrängen von Abwasser in das Gebäudeinnere vermieden wird. Insbesondere wird das Verpumpen gegen den Rückstaudruck aktiviert, bevor die Abwasserleitung 7 vollständig gefüllt ist bzw. im Gebäudeinneren Abwasser aus der Abwasserleitung 7 austritt.
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Das Verpumpen gegen den Rückstaudruck erfolgt durch Aktivierung der Hydraulikpumpe 11, die im Hydraulikfluidreservoir 9 angeordnet ist. Die Hydraulikpumpe 11 erzeugt in der Pumpeinrichtung, insbesondere im Pumpraum 4, einen Pumpdruck, der höher als der Rückstaudruck ist. Dazu pumpt die Hydraulikpumpe 11 mit einem Pumpdruck, der den Rückstaudruck übersteigt, das Hydraulikfluid 10 über den Zulauf 16 in das Gehäuse 3, insbesondere in den Pumpraum 4. Während des Pumpvorgangs der Hydraulikpumpe 11 ist das Zulaufventil 19 geöffnet. Die Öffnung des Zulaufventils 19 kann durch die Steuereinrichtung gesteuert sein. Das Ablaufventil 18, 20, 21 im Ablauf 14, 15, 17 ist gleichzeitig geschlossen, so dass der durch die Hydraulikpumpe 11 aufgebrachte Pumpdruck direkt in dem Pumpraum 4 eingebracht wird. Der Pumpdruck wirkt somit direkt auf die flexible Membran 1.
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Unter Einwirkung des Pumpdrucks wird die flexible Membran 1 ausgelenkt und nimmt die Position der ausgelenkten flexiblen Membran 1' ein. Durch die Auslenkung der flexiblen Membran in die Lage der ausgelenkten Membran 1' wird der Querschnittsdurchmesser bzw. Innendurchmesser des Rohrleitungsabschnitts zumindest zeitweise reduziert. Mit anderen Worten wird die schlauchartige Membran 1 unter Einwirkung des Pumpdrucks gequetscht. Dabei wird der Pumpdruck in den Rohrleitungsabschnitt bzw. auf das Abwasser im Rohrleitungsabschnitt übertragen.
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Durch das Verpumpen der Hydraulikflüssigkeit 10 in den Pumpraum 4 kann bewirkt werden, dass das Hydraulikfluid 10 im Hydraulikfluidreservoir 9 den minimalen Füllstand erreicht, was durch die untere Füllstandssonde 25 ermittelt und beispielsweise der Steuereinrichtung signalisiert wird. Dadurch wird veranlasst, die Hydraulikpumpe 11 zu stoppen. Vorzugsweise steuert die Steuereinrichtung die Hydraulikpumpe 11 automatisch, so dass die Hydraulikpumpe 11 gestoppt wird, wenn das Füllstandsniveau des Hydraulikfluids 10 im Hydraulikfluidreservoir 9 unter die untere Füllstandssonde 25 absinkt. Der durch die untere Füllstandssonde 25 gemessene Füllstandswert dient somit zur Begrenzung der maximalen Auslenkung der flexiblen Membran 1.
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Durch die Auslenkung der flexiblen Membran 1 wird der Pumpdruck der Hydraulikpumpe 11 direkt an das Abwasser im Rohrleitungsabschnitt zwischen den Sperrelementen 5, 6 übertragen. Gleichzeitig und zeitversetzt zur Auslenkung der flexiblen Membran 1 wird das erste Sperrelement 5 geschlossen und das zweite Sperrelement 6 geöffnet. Die Betätigung der Sperrelemente 5, 6 kann durch die Steuereinrichtung erfolgen. Alternativ können die Sperrelemente 5, 6 selbsttätig öffnen bzw. schließen, wobei die Sperrelemente 5, 6 vorzugsweise als Klappenventile ausgebildet sind. Das Schließen des ersten Sperrelements 5 bzw. ersten Klappenventils und das Öffnen des zweiten Sperrelements 6 bzw. zweiten Klappenventils erfolgt vorzugsweise selbsttätig durch die Verdrängung des Abwassers innerhalb des Rohrleitungsabschnitts. Auf diese Weise wird das Abwasser im Rohrleitungsabschnitt in die Rückstauleitung 8 verdrängt. Das Abwasser wird also trotz Rückstau aus der Abwasserleitung 7 in die Rückstauleitung 8 verpumpt.
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In einem nachfolgenden Schritt wird das Zulaufventil 19 geschlossen und das Ablaufventil 18, 20, 21 geöffnet. Das Hydraulikfluid 10 fließt somit aus dem Pumpraum 4 über den Ablauf 14, 15, 17 in das Hydraulikfluidreservoir 9 zurück. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 erfolgt das Zurückfließen des Hydraulikfluids 10 über den Ablauf 17 im Wesentlichen selbsttätig. Alternativ kann vorgesehen sein, zum Zurückpumpen des Hydraulikfluids 10 in das Hydraulikfluidreservoir 9 die Hydraulikpumpe 11 einzusetzen, wobei dabei sowohl das Zulaufventil 19, als auch das Ablaufventil 18 geöffnet werden. Ferner kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, den Zulauf 16 gleichzeitig als Ablauf zu nutzen. Dabei ist die Hydraulikpumpe 11 derart ansteuerbar, dass das Hydraulikfluid 10 einerseits über den Zulauf 16 in den Pumpraum 4 hineingepumpt und andererseits über den Zulauf 16 aus dem Pumpraum 4 abgepumpt werden kann. Die Pumprichtung der Hydraulikpumpe 11 kann also umkehrbar sein. Dabei kann der Zulauf 16 ventilfrei ausgebildet sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist vorgesehen, dass das Hydraulikfluid 10 durch eine zusätzliche Abpumpeinrichtung 12 aus dem Pumpraum 4 abgepumpt und in das Hydraulikfluidreservoir 9 zurückgeführt wird. Das Hydraulikfluid 10 wird dabei über den Ablauf 15 mittels einer Pumpe der Abpumpeinrichtung 12 in das Hydraulikfluidreservoir 9 verpumpt. Dabei ist das Zulaufventil 19 geschlossen und das Ablaufventil 10 geöffnet.
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Ferner kann das Abpumpen des Hydraulikfluids 10 aus dem Pumpraum 4 durch eine Strahlpumpe 13 erfolgen, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 vorgesehen. Das Hydraulikfluid 10 wird dabei durch die Strahlpumpe 3 bzw. Venturidüse über den Ablauf 14 in das Hydraulikfluidreservoir 9 verpumpt. Dabei ist das Zulaufventil 19 geschlossen und das Ablaufventil 21 geöffnet. Die Strahlpumpe 13 kann dabei durch eine separate Antriebspumpe oder durch die Hydraulikpumpe 11 angetrieben sein.
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Die obere Füllstandssonde 24 ermöglicht die Kontrolle über einen ausreichenden Füllstand im Hydraulikfluidreservoir 9. Ein Verlust an Hydraulikfluid wird somit über die obere Füllstandssonde 24 erfasst. Beispielsweise kann das Hydraulikfluid 10 einem Verdunstungsprozess unterliegen. Wenn der Verlust, beispielsweise durch Verdunsten, des Hydraulikfluids 10 derart groß ist, dass das Niveau des Hydraulikfluids 10 unter die obere Füllstandssonde 24 sinkt, wird der Verlust an Hydraulikfluid 10 durch die obere Füllstandssonde 25 an die Steuereinrichtung signalisiert. Die Steuereinrichtung kann den Verlust an Hydraulikfluid 10 für einen Benutzer erkennbar machen, beispielsweise optisch und/oder akustisch signalisieren, so dass das Hydraulikfluid 10 manuell nachgefüllt werden kann. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Steuereinrichtung mit dem Speiseventil 23 verbunden ist, so dass die Nachspeisung des Hydraulikfluids 10 über die Speiseleitung 22 automatisiert erfolgt. Mit anderen Worten erfolgt die Steuerung des Speiseventils 23 durch die obere Füllstandssonde 24.
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Die zuvor beschriebene Anlage bzw. Rückstausperre stellt einen vergleichsweise großen Durchflussquerschnitt bereit. Insbesondere entstehen bei der Rückstausperre im Wesentlichen keine Durchflusshindernisse. Die schlauchartige Membran 1 ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass bei Beaufschlagung der Membran 1 mit dem Pumpdruck der Durchflussquerschnitt des Rohrleitungsabschnitts um höchstens 20%, insbesondere höchstens 15%, insbesondere höchstens 12% verringert wird. Mit anderen Worten wird der Schlauch bzw. die schlauchartige Membran 1 um etwa 20%, bezogen auf den Querschnittsdurchmesser im Ruhezustand, gequetscht. Auf diese Weise wird eine hohe Lebensdauer bzw. Standfestigkeit der flexiblen Membran sichergestellt. Mit Ausnahme der Sperrelemente 5, 6 arbeiten die mechanischen Elemente der Rückstausperre, beispielsweise Pumpen, Hydraulikventile und Steuerungselemente, im sauberen Medium. Somit wird vermieden, dass bei Wartungsarbeiten in fäkalienhaltigem Abwasser gearbeitet werden muss.
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Generell kann die Anlage bzw. die Rückstausperre gegen jeden beliebigen Rückstaudruck arbeiten. Die Hydraulikpumpe 11 ist vom Fachmann dabei entsprechend auszulegen. Die Größe der Hydraulikpumpe 11 ist im Wesentlichen nicht begrenzt, da die Hydraulikpumpe 11 außerhalb der Rohrleitung bzw. Abwasserleitung 7 angeordnet ist. Durch den hydraulischen Pumpvorgang wird ferner ein besonders leiser Betrieb der Rückstausperre erreicht.
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Die Rückstausperre ist vorzugsweise als Rohrleitungsstück ausgebildet. Mit anderen Worten stellt die Rückstausperre bzw. -anlage konstruktiv ein Stück Rohrleitung dar mit entsprechenden hydraulischen Anschlüssen für die Verbindung zum Hydraulikfluidreservoir 9. Dadurch ist die Rückstausperre einfach in eine bestehende Abwasserleitung 7 bzw. Abwasseranlage einsetzbar. Die Rückstausperre eignet sich insbesondere zur Nachrüstung bestehender Abwasseranlagen. Die eingebaute Sensorik und Steuerung ermöglicht zudem eine Warnung vor einer Leitungsverstopfung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Membran
- 1'
- ausgelenkte Membran
- 2
- Lochblech
- 3
- Gehäuse
- 4
- Pumpraum
- 5
- erstes Sperrelement
- 6
- zweites Sperrelement
- 7
- Abwasserleitung
- 8
- Rückstauleitung
- 9
- Hydraulikfluidreservoir
- 10
- Hydraulikfluid
- 11
- Hydraulikpumpe
- 12
- Abpumpeinrichtung
- 13
- Strahlpumpe
- 14, 15, 17
- Ablauf
- 16
- Zulauf
- 18, 20, 21
- Ablaufventil
- 19
- Zulaufventil
- 22
- Speiseleitung
- 23
- Speiseventil
- 24
- obere Füllstandssonde
- 25
- untere Füllstandssonde
- 26
- Abwasserdrucksonde
- 27
- Rückstaudrucksonde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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