DE3628725A1 - Vakuum-entwaesserungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Entwässerungsanlage mit einem oder mehreren unter Unterdruck stehenden Sammeltanks und daran angeschlossenen, abwechselnd steigend und mit Gefälle verlegten Vakuumleitungen, an die unter normalem Druck stehende Anschluß­ leitungen der zu entwässernden Einheiten jeweils über ein Absaug­ ventil angeschlossen sind, welches selbsttätig öffnet, wenn sich eine bestimmte Abwassermenge von etwa 5 bis 40 Liter davor ange­ sammelt hat, und bei jedem Öffnungsvorgang zusammen mit dem Ab­ wasser das zwei- bis fünfzehnfache Volumen Luft in die Vakuum­ leitung einläßt, wobei wenigstens eine von einer Stelleinrich­ tung in Abhängigkeit vom Wasserstand oder Druck an einer bestimmten Stelle der Vakuumleitung gesteuerte Belüftungsöffnung an der Va­ kuumleitung angeordnet ist.

Eine derartige Vakuum-Entwässerungsanlage ist aus der DE-OS 26 37 962 bekannt. Sie funktioniert nach dem Prinzip, in Zeiten normalen Betriebs möglichst wenig Luft in die Vakuumleitung ein­ zulassen, und in ruhigen Zeiten, wenn die jeweils beim Öffnen eines Absaugventils zusammen mit einer Abwasserportion ein­ strömende Luft insgesamt nicht mehr für den Transport des Was­ sers ausreicht, dieses also in Form langer Wassersäulen in der Leitung stehen bleibt, durch welche die Luft nur noch hindurch­ perlt, Belüftungseinrichtungen zu öffnen, die stoßartig sehr viel Luft einlassen. Die Belüftungseinrichtungen bleiben so lange offen, bis die Wassersäulen in der Vakuumleitung jeweils wenigstens über die nächste Steigung befördert worden sind oder bis die Leitung ganz geleert ist, wobei sich Öffnungszeiten von mehr als 30 Minuten ergeben können.

Die bekannte Vorrichtung hat sich in der Praxis nicht bewährt, weil die Zustandsbedingungen in der Vakuumleitung bei geschlos­ senen bzw. geöffneten Belüftungseinrichtungen zu unterschiedlich sind. Da das stoßartige Einlassen großer Luftmengen eine extreme Maßnahme ist, wendet man sie erst an, wenn die Füllung der Va­ kuumleitung mit Abwasser bereits ein fortgeschrittenes Stadium erreicht hat, in dem auch der sog. Gleichzeitigkeitsfaktor, d. h. ein zufälliges Zusammentreffen der Öffnungsvorgänge mehrerer Absaugventile, nicht mehr helfen könnte. Die schlech­ ten Druckverhältnisse in der weitgehend gefüllten Leitung än­ dern sich aber auch dann nicht sofort, wenn die Belüftungs­ einrichtungen stoßartig viel Luft einlassen. Da sich die vor­ handenen großen Wassersäulen nur langsam in Bewegung setzen, bricht der Unterdruck nun erst recht zusammen, es kommt zu Funktionsstörungen an den automatisch mit dem Systemunter­ druck betriebenen Absaugventilen, und die Vakuumpumpen brauchen lange, bis sie nicht nur das angesammelte Wasser, sondern auch die zusätzlich eingelassenen großen Luftmengen wieder abgesaugt haben. Wenn sich die Belüftungseinrichtungen im mittleren Bereich von Vakuumleitungen befinden, wirkt sich außerdem das Vakuumreservoir im äußeren Leitungsteil so aus, daß die plötzlich einströmende Luft das Wasser in die falsche Richtung treibt. Schließlich arbeitet die bekannte Entwässerungs­ anlage auch nicht besonders wirtschaftlich, da bei längeren, stehenden, nur langsam zu beschleunigenden Wassersäulen ein beträchtlicher Teil der durch die Belüftungseinrichtungen und die Hausanschlüsse eintretenden Luftmenge hindurchperlt, ohne viel zur Beschleunigung oder eventuell überhaupt zur Fortbe­ wegung der Wassersäulen beitragen zu können.

Durch die US-PS 37 30 884 ist es auch schon bekannt, am Ende von Vakuumleitungen einstellbare Belüftungseinrichtungen an­ zubringen, die entsprechend der jeweiligen Einstellung konti­ nuierlich eine konstante, sehr kleine Luftmenge über ein Schraubgewinde einströmen lassen, um das Abwasser ständig zu belüften und dadurch Fäulnis vorzubeugen. Zum Abwasser­ transport und dessen automatischer Regelung können aber die auf einen konstanten Wert eingestellten geringen Luftmengen nicht beitragen, da bei dieser bekannten Anlage die beim Öffnen eines Absperrventils in die Vakuumleitung eingelas­ senen Abwassermengen mit etwa 400 Liter sehr groß sind und von vornherein sehr lange Wassersäulen bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuum-Entwäs­ serungsanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, in welcher das Abwasservolumen ständig feinfühlig beeinflußt wird, so daß sie von vornherein die Entstehung träger Wassersäulen verhindert und deshalb auch ohne die Funktion störende, stoßartige Belüf­ tungsaktionen auskommt.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Öffnungsweite der Belüftungsöffnung kontinuierlich oder in meh­ reren Stufen innerhalb eines Bereiches regelbar ist, in welchem so geringe Mengen Luft einströmen, daß diese durch in der Va­ kuumleitung stehende Wassersäulen hindurchperlt.

Die Besonderheit der Erfindung, nämlich die sich ständig ändern­ de Öffnungsweite der Lufteinlaßöffnungen, bietet den Vorteil, daß in jedem Moment die Luftzufuhr nach Bedarf geregelt wird. Es wird auf diese Weise sozusagen ein künstlicher Gleichzeitig­ keitsfaktor geschaffen, wobei sich die Belüftungsöffnungen in dem Maße schließen, wie infolge gleichzeitigen Öffnens mehrerer Absaugventile in verschiedenen Häusern für genügend normalen Lufteinlaß gesorgt ist, um das Abwasser abzutransportieren und das Abwasservolumen in der Vakuumleitung auf einem niedrigen Wert zu halten. Läßt die Frequenz der Öffnungsvorgänge der Absaugventile und damit der Gleichzeitigkeitsfaktor nach, ver­ größert sich die lichte Weite der regelbaren Belüftungsöffnun­ gen, so daß dadurch mehr Luft in die Vakuumleitung einströmt, die sich zu der über die Hausanschlüsse einfließenden Luft addiert.

Da man mit einem vorhandenen Teilvakuum Wassersäulen nur jeweils wenige Meter hochsaugen kann, müssen Vakuumleitungen mit höheren Steigungen in mehrere kurze, ansteigende und dazwischen mit Ge­ fälle verlegte Leitungsabschnitte unterteilt sein. Auch in der Ebene werden Vakuumleitungen normalerweise abwechselnd mit über eine geringe Höhe ansteigenden und wieder abfallenden Leitungs­ abschnitten verlegt (siehe DE-PS 26 41 110). Wenn man derartige Vakuum-Entwässerungsanlagen ohne die erfindungsgemäß vorgeschla­ genen geregelten Belüftungseinrichtungen betreibt, bilden sich an vielen kurzen Steigungsabschnitten der Vakuumleitungen von unten bis oben reichende Wassersäulen, die insgesamt mehr als 60% des Leitungshohlraums ausmachen können. Wenn nun erfin­ dungsgemäß regelbare Belüftungseinrichtungen vorhanden sind, enthalten die vielen kurzen Wassersäulen in der Vakuumleitung mehr oder weniger gelöste und in Form von Blasen im Wasser ent­ haltene Luft. Die Wassersäulen haben dann vielfach dieselbe Länge und Höhe wie vorher, weil sie in einem kurzen steigen­ den Leitungsabschnitt nicht länger als dieser sein können, sie bestehen jedoch zu einem mehr oder weniger großen Anteil aus Luft statt Wasser, sind dementsprechend leichter und können durch die beim Öffnen von Absaugventilen über die Hausan­ schlußleitungen stoßartig eintretende Luft wegen ihrer gerin­ geren trägen Masse besser beschleunigt werden. Das in den Wassersäulen durch Luft ersetzte Wasservolumen wird in den Sammeltank verdrängt. Im Ergebnis können sich in den Vakuum­ leitungen einer erfindungsgemäßen Entwässerungsanlage bis zu etwa 50 % weniger Wasser befinden als ohne die genannten re­ gelbaren Belüftungsöffnungen.

Ein weiterer Vorteil der neuen Anlage im Vergleich zum Stand der Technik besteht darin, daß die Druckverhältnisse in den Vakuumleitungen keinen großen Schwankungen unterliegen, die sich von vornherein schlecht voraussehen lassen und zu Funktionsstörungen führen können. Man braucht auch nicht etwa wegen des zusätzlich über die Belüftungseinrichtungen eingelassenen Luftvolumens größere Vakuumpumpen. In Zeiten starken Abwasseranfalls wird durch häufiges Öffnen der Absaug­ ventile genügend Luft über die Hausanschlußleitungen einge­ führt, so daß die regelbaren Belüftungsöffnungen ganz oder fast ganz geschlossen sein können. Die Vakuumpumpen brauchen also nur entsprechend dem in Spitzenzeiten anfallenden Ab­ wasservolumen und dem zugehörigen, über die Hausanschlußlei­ tungen einströmenden Luftvolumen dimensioniert zu werden. Da­ bei kann das Luftvolumen sogar geringer bemessen sein als bei Anlagen ohne erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung, und dem­ entsprechend können im Einzelfall auch die Vakuumpumpen klei­ ner dimensioniert werden, weil die Anlage auch in ruhigeren Zeiten, wenn die geringeren an den Absaugventilen eingestellten Luftmengen zum störungsfreien Betrieb nicht ausreichen würden, bei weiter geöffneten Belüftungsöffnungen einwandfrei funk­ tioniert.

Schließlich ist als vorteilhafter Nebeneffekt die verbesserte Belüftung des Abwassers zu erwähnen.

In bevorzugter praktischer Ausführung der Erfindung ist wenigstens eine Belüftungseinrichtung am äußeren Ende einer Vakuumleitung an­ geordnet. Die darüber einströmende Luft ist dann auf der gesam­ ten Länge der Leitung wirksam. In weiterer bevorzugter Ausfüh­ rung werden Belüftungseinrichtungen an einer Vakuumleitung zwischen einer größeren Zahl von nahe einem Sammeltank ange­ schlossenen Anschlußleitungen und einer kleineren Zahl von weiter vom Sammeltank entfernten Anschlußleitungen angeordnet. Auf diese Weise wird außer dem geschilderten grundsätzlichen Vorteil erreicht, daß das Abwasser nicht infolge des Vakuum­ reservoirs in den äußeren Leitungsbereichen rückwärts gesaugt wird. Weitere zweckmäßige Stellen, an denen erfindungsgemäße Belüftungseinrichtungen angeordnet werden können, befinden sich in Strömungsrichtung vor Problemabschnitten der Vakuum­ leitung, z. B. vor größeren Steigungsabschnitten oder z. B. Dükern.

Für Vakuum-Entwässerungsanlagen wird eine Zuverlässigkeit ge­ fordert, die sich an der herkömmlicher Systeme mit Freigefälle- Leitungen messen lassen muß. Dabei spielt die Zuverlässigkeit der beweglichen Teile, also der Pumpen, Ventile und Stellein­ richtungen eine entscheidende Rolle. Um einen störungsfreien Betrieb der vorgeschlagenen Vakuum-Entwässerungsanlagen zu gewährleisten, ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Stelleinrichtung zur Änderung der Öffnungsweite der Belüftungsöffnung aus einem mit dem Unterdruck der Vakuumleitung beaufschlagbaren Membrankolben besteht, welcher bei fallendem absoluten Druck ein Ventil­ glied gegen eine Rückstellfeder in eine die Belüftungsöffnung verkleinernde Stellung zieht. Dabei ist zweckmäßigerweise die Leitungsverbindung zwischen der Vakuumleitung und einem vom Mebrankolben begrenzten Hohlraum mit einer Drosselstelle aus­ gebildet, so daß jeweils erst eine bestimmte Zeit verstreicht, bis sich eine Druckänderung in der Vakuumleitung dem Membran­ kolben mitteilt. Kurzfristige Druckänderungen, wie sie ins­ besondere beim Öffnen der Absaugventile an den Hausanschluß­ leitungen auftreten, beeinflussen demnach die Regelung der Belüftungsöffnung nicht. Zur Anpassung an die unterschied­ lichen Gegebenheiten verschiedener Entwässerungsanlagen so­ wie verschiedener Vakuumleitungen derselben Entwässerungsan­ lage ist die Öffnungsweite der Drosselstelle vorzugsweise ein­ stellbar. Eine weitere individuelle Einstellmöglichkeit besteht in bevorzugter praktischer Ausführung der Erfindung darin, daß die Länge einer Steuerstange zwischen dem Membrankolben und dem Ventilglied einstellbar ist. Damit kann die größte Öffnungs­ weite der Belüftungsöffnung eingestellt werden. Insgesamt wird man als regelbaren lichten Querschnitt einer Belüftungs­ öffnung einen Bereich von etwa 3 bis 700 mm² wählen. Es kann auch vorgesehen sein, daß sich die Belüftungsöffnung bei be­ stimmten Betriebszuständen ganz schließt.

Eine Vakuum-Entwässerungsanlage hat normalerweise in bestimmten Abständen an den Vakuumleitungen angeordnete, aufsteigende In­ spektionsrohre, die normalerweise durch abnehmbare Verschluß­ kappen dicht abgedeckt sind. Bei den Hausanschlüssen befinden sich in Strömungsrichtung hinter dem Absaugventil Hausabsperr­ einrichtungen, deren Verschlußorgane in der Zwischenzeit zwischen dem Bau einer Entwässerungsanlage und dem Anschluß eines Hauses die Verbindung zur Vakuumleitung absperren. Es ist bekannt, die oberen Enden der Inspektionsrohre und die Inspektionsöffnungen an den Hausabsperreinrichtungen identisch auszubilden. Diese Tatsache wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ausgenutzt, in dem vorgeschlagen wird, daß die Be­ lüftungsöffnung, das Ventilglied, die Stelleinrichtung und die Leitungsverbindung zur Stelleinrichtung eine Baueinheit mit einer auf ein Inspektionsrohr an einer Vakuumleitung passenden Verschlußkappe bilden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Dort ist das äußerste, d. h. am weitesten von einer Vakuumstation entfernte Ende einer Vakuumleitung 10 dargestellt, die z. B. einen Innendurchmesser von 75 bis 220 mm haben kann und normalerweise aus Kunststoff besteht. An die im weiteren Verlauf in der Erde abwechselnd steigend und mit Gefälle verlegte Vakuumleitung 10 ist ein Steigrohr 12 angeschlossen, welches z. B. ein herkömmliches Inspektionsrohr oder ein zu einer Hausabsperreinrichtung führendes Steigrohr mit beispiels­ weise einem Innendurchmesser von 40 mm sein kann. Das abge­ brochen dargestellte Steigrohr 12 wird am oberen Ende durch ein kappenförmiges Endstück 14 dicht abgeschlossen. Dieses Endstück paßt auch auf andere Inspektionsrohre und Steigrohre an Hausanschlüssen.

Auf das Endstück 14 ist über ein Zwischenstück 16 ein Zylinder 18 aufgeschweißt oder aufgeklebt. Auch diese Teile bestehen vorzugsweise aus Kunststoff und bilden im Beispielsfall eine Verlängerung des Steigrohrs 12. In der oberen Endwand 20 des Zylinders 18 befindet sich eine Anschlußöffnung 22, an die eine Verbindungsleitung 24 zum Steigrohr 12 angeschlossen ist. Der am unteren Ende durch eine Membran 26 abgeschlossene innere Hohlraum des Zylinders 18 wird also über die Verbindungs­ leitung 24 und die Anschlußöffnung 22 ständig mit dem in der Vakuumleitung herrschenden Unterdruck beaufschlagt. Während dieser die Membran 26 nach oben zu ziehen bestrebt ist, drückt eine im Zylinder 18 eingespannte Druckfeder 28 die Membran 26 in Richtung nach unten. Mit der Membran 26 ist eine sich nach unten erstreckende Steuerstange 30 verbunden, die ein kegel­ stumpfförmiges Ventilglied 32 trägt, welches bei Bewegung der Membran 26 eine Belüftungsöffnung 34 in der Stirnwand des Endstücks 14 mehr oder weniger weit verschließt. Die Belüf­ tungsöffnung 34 kann, wie gezeigt, zylindrisch, alternativ aber auch zum Ventilglied 32 passend konisch ausgebildet sein. Die Steuerstange 30 ist zweckmäßigerweise in ihrer Länge verstellbar, indem sie z. B. aus wenigstens zwei axial relativ zueinander verstellbaren Teilen besteht oder z. B. unterschiedlich tief in den Ventilkörper 32 einschraubbar ist.

Wenn das Zwischenstück 16 rohrförmig ist, müssen daran ein oder mehrere Löcher 36 vorhanden sein, damit der Innenraum der Vakuum­ leitung 10 bei geöffneter Belüftungsöffnung 34 mit der Außen­ atmosphäre in Verbindung steht.

Die Empfindlichkeit bzw. Reaktionsträgheit der aus den Teilen 18 und 26 bis 30 bestehenden Stelleinrichtung für die in ihrer Öffnungsweite regelbare Belüftungsöffnung 34 kann mittels einer einstellbaren Drosselstelle 38 an der Anschlußöffnung 22 ver­ ändert werden. Die Einstellung erfolgt z. B. mittels einer Stellschraube 40, die je nach gewünschter Trägheit mehr oder weniger tief in den freien Querschnitt der Verbindungsleitung 24 am Anschluß 22 eingeschraubt wird.

Die vorstehend beschriebene Belüftungseinrichtung bedarf nach der Montage innerhalb langer Intervalle keiner Wartung. Die Vakuum-Entwässerungsanlagen der eingangs genannten Art können grundsätzlich in demselben Unterdruckbereich betrieben werden wie bisher. Da die im Beispielsfall beschriebene Stelleinrich­ tung 18, 26 bis 30 als Antriebsquelle den Unterdruck in der Vakuumleitung 10 ausnutzt, entfallen Komplikationen im Zu­ sammenhang mit einer besonderen Energiezufuhr. Dennoch besteht grundsätzlich die Möglichkeit, als Stelleinrichtung für die vorgeschlagenen regelbaren Belüftungsöffnungen elektrisch bzw. elektronisch gesteuerte Stelleinrichtungen zu verwenden, bei denen Druck- oder Wasserstandsfühler Signale erzeugen, die in elektrische Steuersignale für die Stelleinrichtung umgesetzt werden.

Claims (8)

1. Vakuum-Entwässerungsanlage mit einem oder mehreren unter Unterdruck stehenden Sammeltanks und daran angeschlossenen, abwechselnd steigend und mit Gefälle verlegten Vakuumlei­ tungen, an die unter normalem Druck stehende Anschlußlei­ tungen der zu entwässernden Einheiten jeweils über ein Ab­ saugventil angeschlossen sind, welches selbsttätig öffnet, wenn sich eine bestimmte Wassermenge von 5 bis 40 Liter davor angesammelt hat, und bei jedem Öffnungsvorgang zu­ sammen mit dem Abwasser das zwei- bis fünfzehnfache Volumen Luft in die Vakuumleitung einläßt, wobei wenigstens eine von einer Stelleinrichtung in Abhängigkeit vom Wasserstand oder Druck an einer bestimmten Stelle der Vakuumleitung ge­ steuerte Belüftungsöffnung an der Vakuumleitung angeordnet ist , dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsweite der Belüftungsöffnung (34) kontinuierlich oder in mehreren Stufen innerhalb eines Bereiches regelbar ist, in welchem so geringe Mengen Luft einströmen, daß diese durch in der Vakuumleitung (10) stehende Wassersäulen hin­ durchperlt.

2. Entwässerungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Belüf­ tungsöffnung (34) am äußeren Ende einer Vakuumleitung (10) angeordnet ist.

3. Entwässerungsanlage nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Belüf­ tungseinrichtung an einer Vakuumleitung vor einem Stei­ gungsabschnitt oder Düker oder zwischen einer größeren Zahl von nahe einem Sammeltank angeschlossenen Anschluß­ leitungen und einer kleineren Zahl von weiter vom Sammel­ tank entfernten Anschlußleitungen angeordnet ist.

4. Entwässerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , da­ durch gekennzeichnet, daß die Stell­ einrichtung (18, 26-30) zur Änderung der Öffnungsweite der Belüftungsöffnung (34) einen mit dem Unterdruck der Vakuum­ leitung (10) beaufschlagbaren Membrankolben (26) aufweist, welcher bei fallendem absoluten Druck ein Ventilglied (32) gegen eine Rückstellfeder (28) in eine die Belüftungs­ öffnung (34) verkleinernde Stellung zieht.

5. Entwässerungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsverbindung (24) zwischen der Vakuumleitung (10, 12, 14) und einem vom Membrankolben (26) begrenzten Hohlraum (18) mit einer Drosselstelle (38) ausgebildet ist.

6. Entwässerungsanlage nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsweite der Drosselstelle (38) einstellbar ist.

7. Entwässerungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge einer Steuerstange (30) zwischen dem Membran­ kolben (26) und dem Ventilglied (32) einstellbar ist.

8. Entwässerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsöffnung (34), das Ventilglied (32), die Stell­ einrichtung (18, 26-30) und die Leitungsverbindung (24) eine Baueinheit mit einer auf ein Inspektionsrohr (12) an einer Vakuumleitung (10) passenden Verschlußkappe (14) bilden.