Die Erfindung betrifft ein Siebelement sowie eine Vorrichtung zur Wasserrückgewinnung für Strassen- und Kanalreinigungsfahrzeuge gemäss dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs.
Entwässerungsmulden dienen als Sammelbehälter für Reinigungsgut oder Abfälle, worin viel Wasser enthalten ist, welches zu einem möglichst hohen Anteil ablaufen soll. Beispielsweise wird in solchen Mulden Rechengut aus Kläranlagen oder aufgesaugtes Kanalreinigungsgut gesammelt. Derartiges Gut enthält noch einen wesentlichen Anteil an Wasser, das vor dem Abtransport der Mulden ausgeschieden werden soll, um das Muldenvolumen vor allem für die Feststoffe zu nutzen, und nicht unnötig mit Wasser zu befrachten. Zugleich stellt die Entwässerung des Gutes während der Lagerung in der Mulde eine Vorstufentrocknung dar, falls das Gut anschliessend weiterbehandelt, z.B. verbrannt wird. Um das Wasser des Sammelgutes aus der Mulde abfliessen zu lassen, weisen Entwässerungsmulden zumindest in einer Wand oder einer Ecke ein Lochblech auf.
Diese Lochbleche setzen sich doch relativ schnell zu, sodass der Wasserabfluss gehemmt und die Entwässerung unzureichend ist. Sofern irgendwie möglich, wird dann vom Inneren der Mulde oder von aussen versucht, die Lochbleche freizukratzen, zu stochern oder zu spülen. In der Praxis hilft man sich, ein allzu schnelles Zusetzen der Lochbleche dadurch zu verhindern, indem eine als Grobfilter wirkende Steinschicht vor dem Lochblech angestaut wird.
Eine ähnliche, wohl aber noch wesentlichere Problemlage existiert bei der auf Wasserrückgewinnung zielenden Entwässerung von Kehr- oder Kanalreinigungsgut, das Strassenkehr- bzw. Kanalreinigungsfahrzeuge aufnehmen. Zu nächst wird die Entwicklung bei Strassenkehrfahrzeugen besprochen. Bei Strassenkehrfahrzeugen wird das Kehrgut durch rotierende Bürsten vielfältiger Konstruktion oder über einen Saugmund aufgenommen. Das Kehrgut besteht aus einem erheblichen Staubanteil. Bei älteren Kehrmaschinen wurde dieser Staub innerhalb der Maschine umhergewirbelt und zum Grossteil mit dem Abluftstrom wieder in die freie Atmosphäre geblasen.
Eine erste Verbesserung brachten Kehrmaschinen, wo Wasser aus einem in den Fahrzeugaufbau integrierten Tank auf die Kehrfläche gesprüht wurde, um einerseits Verunreinigungen, insbesondere aus Rillen in der Strassenoberfläche, freizuspülen und andererseits, um den Staub an das Wasser zu binden. Hierdurch konnte die von dem aufgewirbelten Staub verursachte Verschmutzung wesentlich verringert werden. Bei diesem Maschinentyp musste allerdings ein grossvolumiger Wassertank vorgesehen werden oder der Tankinhalt war alsbald versprüht, denn das Wasser wurde nur einmal versprüht und war damit verloren (siehe beispielsweise die DE-AS 1 217 424).
Eine Weiterentwicklung ist aus der DE-PS 2 545 137 bekannt. Das darin vorgeschlagene Kehrfahrzeug ist in der Kehrgutsammelkammer mit einem Sieb versehen, an dem der wesentliche Wasseranteil aus dem schlammigen Kehrgut abgeschieden und wieder dem Wasserkreislauf zugeführt wird. Auf diese Weise erreicht man eine Mehrfachnutzung des Wassers, wodurch der Wassertank kleiner ausgelegt werden kann und sich gleichzeitig die Einsatzdauer des Reinigungsfahrzeuges mit einer Wassertankfüllung erhöht. Durch die Siebanordnung werden zwar die Grobteile des Kehrgutes zurückgehalten, das abgeschiedene Wasser ist jedoch stark schmutzbelastet, was zu störenden Ablagerungen und Verstopfungen der Düsen führt sowie starken Verschleiss in den durchströmten Aggregaten, insbesondere Pumpen, verursacht.
Aus dem DE-GM 9 111 692 ist eine Vorrichtung bekannt, die ermöglichen soll, in einem Kehrfahrzeug Wasser von höherem Reinheitsgrad zurückzugewinnen, welches dann erneut eingesetzt wird. Dazu enthält die Wasserrückgewinnungsvorrichtung ein Mehrkammersystem mit in der Feinheit abgestuften Filterwänden und nachgeschalteten rückspülbaren Feinfiltern. Der hier nötige apparative Aufbau ist sehr aufwendig und was den Mengendurchsatz an Schmutzwasser betrifft, ist die Vorrichtung nur begrenzt leistungsfähig. Überdies müssen die Filterwände sowie die Feinfilter häufig gereinigt bzw. des \fteren erneuert werden.
Oftmals noch grössere Schmutzwassermengen sind in Kanalreinigungsfahrzeugen zu behandeln. Auch hier ist man um eine möglichst weitgehende Wasserrückgewinnung des aus einem im Fahrzeug integrierten Reservoir stammenden Spülwassers bemüht. Mit einem Druckwasserstrahl werden Ablagerungen in einem Kanalabschnitt freigespült und das ablagerungsbefrachtete Spülwasser in das Fahrzeuginnere zurückgesaugt. Dort findet eine mehr oder weniger grobe Trennung zwischen Feststoffen und Wasser nach dem auch in Kehrfahrzeugen angewendeten Prinzip - mit denselben Unzulänglichkeiten - statt. Das Abscheiden des Wassers erfolgt mithilfe der bekannten Siebwände und Filteranordnungen. Das insoweit grob gereinigte Wasser wird wieder dem Reservoir zugeführt und von hier erneut zum Druckspülen benutzt.
Die bisher bekannten Vorrichtungen zur Wasserabscheidung in Entwässerungsmulden bzw. zur Wasserrückgewinnung in Strassenkehr- und Kanalreinigungsfahrzeugen können allesamt bezüglich ihrer Kosten-Nutzen-Relation nicht als optimal bewertet werden. Als Nachteile - sie treten alternativ oder in Kombination auf - sind insbesondere zu nennen: unzureichender Reinheitsgrad des zurückgewonnenen Wassers, zu schnelle Verstopfung der verwendeten Abscheider, aufwändiger apparativer Aufbau und zu geringer Leistungsdurchsatz.
Daher hat sich die Erfindung das Ziel gestellt, eine Vorrichtung mit verbessertem Wirkunsgrad bei geringem gerätetechnischem Aufwand zu schaffen. Ferner soll es mit der Vorrichtung möglich sein, auch grosse, schlammige Schmutzwassermengen sowie Kehrgut mit weniger Wasseranteil mit zureichender Reinheit in Wasser und Feststoffe zu trennen, ohne dass sich schnell zusetzende Feinfilter eingesetzt werden müssen. Es ist sicherzustellen, dass die verwendeten Filtrationsbaugruppen auch bei hoher Belastung wenig Aufwand für deren Reinigung verursachen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 definiert. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung wird im Weiteren detailliert, in spezifischen Ausführungsformen, anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1: Prinzip der Vorrichtung zur Wasserrückgewinnung für Strassenkehrfahrzeuge;
Fig. 2a: Seitenansicht des Abscheidesiebes;
Fig. 2b: Frontansicht des Abscheidesiebes gemäss Fig. 2a aus der Richtung des Pfeiles A;
Fig. 2c: Detailansicht des Abscheidesiebes gemäss dem Ausschnitt B aus Fig. 2a, und
Fig. 3: Prinzip der Vorrichtung zur Wasserrückgewinnung für Kanalreinigungsfahrzeuge.
Der hier relevante Teil des Strassenkehrfahrzeuges besteht aus dem Kehrgutbehälter 1, der auf dem Fahrzeuggestell 2 montiert ist und um eine Behälterachse 3 zum Entleerungsvorgang angekippt werden kann, wobei zum \ffnen an der hinteren Bordwand 4 eine Entleerungsklappe 5 vorgesehen ist, die sich um die Klappendrehachse 6 aufschwenken lässt. In den Kehrgutbehälter 1 hinein ragt ein Saugrohr 7, dessen äusseres Ende als Saugmund 8 ausgebildet ist, mit dem das wasserbesprühte Kehrgut von der Strassenoberfläche 9 in den Kehrgutbehälter 1 gesaugt wird. Der Sog am Saugmund 8 wird von einem Hochleistungsgebläse 10 erzeugt, das über einen Saugkanal 11 mit dem Inneren des Kehrgutbehälters 1 in Verbindung steht.
Im Übergang vom Saugkanal 11 zum Kehrgutbehälter 1 ist ein Grobsieb 12 in der Deckplatte 13 des Kehrgutbehälters 1 angeordnet, die neben der Funktion als Behälterwandung auch als Prallplatte dient, woran das eingesaugte Kehrgut seinen wesentlichen Anteil an kinetischer Energie abbaut. Das Grobsieb 12 hat die Aufgabe zu verhindern, dass im Kehrgutbehälter 1 umherwirbelnde Kehrgutstücke nicht über den Saugkanal 11 wieder nach aussen gelangen. Der Ausstoss des Hochleistungsgebläses 10 geht in die freie Atmosphäre und kann auch gänzlich oder anteilig zur Unterstützung des Kehrvorganges auf die Strassenoberfläche 9 gelenkt werden. Dem Kehrgutbehälter 1 vorgelagert ist ein durch eine Siebwand 14 abgeteilter Rieselschacht 15.
Die Siebwand 14 ist eine senkrecht stehende Trennwand mit mehreren übereinander liegenden Zeilen (siehe Fig. 2b) von Rieseldurchbrüchen 17, die von auf diese Zeilen ausgerichteten Abschirmelementen 18 abgeschirmt werden.
Im Boden 19 des Rieselschachtes 15 befindet sich eine Abflussöffnung 20 mit einem angesetzten Abflussstutzen 21, der in einem Absetzbecken 22 am Beckenzulauf 23 einmündet. Das Absetzbecken 22 besitzt eine sich nach unten konisch verengende Bodenplatte 24 mit einem Konuswinkel alpha von etwa 60 DEG bis 150 DEG . In der Senke 25 weist die Bodenplatte 24 ein Ablassorgan 26, z.B. Hahn, Klappe oder Schieber auf. An die trichterartige Bodenplatte 24 setzt eine Vertikalwand 27 an, wobei zwischen der Bodenplatte 24 und der Vertikalwand 27 eine Behälterecke 28 gebildet wird. Vom Beckenzulauf 23 nahezu bis in die Behälterecke 28 erstreckt sich ein Leitelement 29, welches die Form eines deckelartigen Einsatzbleches besitzt oder sich aus Segmenten zusammensetzt.
Das sich zur vertikalen Mittelachse des Absetzbeckens 22 und nach unten haubenartig, konisch erweiternde Leitelement 29 spannt sich unter einem Leitelementenöffnungswinkel ( gamma ) auf, der etwa im Bereich von 60 DEG bis 120 DEG liegt.
Oberhalb des Leitelementes 29 und nahe der Vertikalwand 27 setzt ein Überleitungsrohr 30 an, das zum Brauchwassertank 31 und weiter zu den Verbrauchern führt. Im Verlauf des Überleitungsrohres 30 sind zwei T-Verzwei gungen 33, 34 vorgesehen, wobei unmittelbar hinter dem Absetzbecken 22 im Überleitungsrohr 30 ein Magnetventil 35 positioniert ist. Der weitere Verlauf des Überleitungsrohres 30 führt zur ersten T-Verzweigung 33. Von hier verläuft ein vertikaler Leitungsast als Saugleitung 36 in den Senkstutzen 37 des Brauchwassertankes 31. Unten am Senkstutzen 37 ist ein Ablassorgan 32, z.B. ein Hahn oder eine Klappe, eingebaut. Im Zuge der Saugleitung ist das Magnetventil 38 angeordnet. Von der T-Verzweigung 33 erstreckt sich das Überleitungsrohr 30 zur zweiten T-Verzweigung 34, wobei sich zwischen den beiden T-Verzweigungen 33, 34 die Brauchwasserpumpe 39 befindet.
An der zweiten T-Verzweigung 34 zweigt ein vertikaler Ast als Zuleitung 40 zum Brauchwassertank 31 ab. In der Zuleitung 40 ist das Magnetventil 41 installiert. Ferner erstreckt sich von der zweiten T-Verzweigung 34 eine Verbraucherzuleitung 42, wobei auch in dieser ein Magnetventil 43 sitzt. Von einem Verteilerkreuz 44 führen Einzelleitungen 45 bis 47 an die verschiedenen Verbraucher 48 bis 50. Zum Verschluss bzw. zum \ffnen der Einzelleitungen 45 bis 47 zu den Verbrauchern 48 bis 50 ist in jeder Einzelleitung ein Stellorgan, z.B. ein Kugelhahn 51 bis 53 vorgesehen.
Aus den Fig. 2a bis 2c geht der Aufbau der Siebwand 14 hervor, wobei die zweckmässigsten geometrischen Verhältnisse unter Bezugnahme auf Fig. 2c beschrieben werden. Die den Rieselschacht 15 vom Kehrgutbehälter 1 abteilende Siebwand 14 erstreckt sich zwischen dem Boden 19 und der Deckplatte 13. Die Siebwand 14 besteht aus der Siebplatte 54 und den Abschirmelementen 18, die den in der Siebplatte 54 systematisch vorgesehenen Rieseldurchbrüchen 17 zugeordnet sind. Als Rieseldurchbrüche 17 kommen Lochzeilen 55 oder Längsschlitze in Betracht. Für spezifische Anwendungsfälle, z.B. bei der Abscheidung von Sand oder feinkörnigem Kehrgut, kann es vorteilhaft sein, die Rieseldurchbrüche 17 mit einem Siebgeflecht (nicht dargestellt) abzudecken.
Als zweckmässig könnte es sich auch erweisen, die Rieseldurchbrüche 17 in der Nähe des Bodens 19 zunächst sehr klein zu halten und diese dann mit zunehmender Höhe in Richtung der Deckplatte 13, zu vergrössern, da sich das feinere Kehrgut 56 durch die Rüttelbewegungen bei der Fahrt des Kehrfahrzeuges eher zum Boden 19 hin verdichtet, während sich die gröberen Feststoffe auf dem Kehrgutberg 57 obenauf ansammeln.
Oberhalb jeder Lochzeile 55 ist ein Abschirmelement 18 angeordnet, das schräg nach unten weisend, vordachartig, die Lochzeile 55 vom Kehrgutbehälter 1 her abschirmt. Das angestaute Kehrgut 56 füllt den Raum unterhalb des Abschirmelementes 18 nicht vollständig aus; es verbleibt ein unregelmässiger Rieselkanal 58. Beim Anstauen des Kehrgutes 56 gegen die Siebwand 14 wird das Kehrgut insoweit zurückgehalten, als das unmittelbare Vorfeld der Rieseldurchbrüche 17 frei bleibt, sich also Kehrgut 56 kaum direkt vor den Rieseldurchbrüchen 17 anlagern kann. Die Werkstoffauswahl für die Siebplatte 54 und die Abschirmelemente 18 wird nach ökonomischen Kriterien und der erforderlichen Festigkeit geschehen.
Die Siebplatte 54 und die Abschirmelemente 18 müssen dem Staudruck des Kehrgutberges 57 standhalten, wobei die Abschirmelemente 18 auch genügend Stabilität besitzen müssen, wenn beispielsweise grössere Steine aufschlagen.
Damit sich die Rieselkanäle 58 richtig ausbilden und die Entwässerung des Kehrgutes 56 optimal abläuft, müssen die geometrischen Abmasse der Siebwand 14 bestimmte Relationen einhalten. Diese relevanten Abmasse sind:
- Die Abschirmelementenlänge l als Distanz vom Ansatz 59 des Abschirmelementes 18 an der Siebplatte 54 bis zur Aussenkante 60 des Abschirmelementes.
- Der Anstellwinkel beta als vom Abschirmelement 18 und der Siebplatte 54 eingeschlossener Winkel.
- Der Abschirmelementenabstand a als Distanz vom Ansatz 59 eines Abschirmelementes 18 an der Siebplatte 54 zum Ansatz 59 des nächsten Abschirmelementes 18 an der Siebplatte 54.
- Der Durchbruchdurchmesser d als Durchmesser oder adäquates Mass für die Grösse der Rieseldurchbrüche 17.
- Die Durchbruchtieflage t als Distanz vom Ansatz 59 eines Abschirmelementes 18 an der Siebplatte 54 bis zur Unterkante 61 der unterhalb dieses Abschirmelementes in der Siebplatte 54 befindlichen Lochzeile 55.
- Das Projektionsmass p als Ankathetenabschnitt auf der Siebplatte 54 zum Anstellwinkel beta und bezüglich der Abschirmelementenlänge l bzw. als Projektion der Abschirmelementenlänge l auf die Siebplatte 54.
- Der Bodenabstand b als senkrechte Distanz von der Aussenkante 60 des untersten Abschirmelementes 18 zum Boden 19.
In umfangreichen Versuchsreihen wurden folgende Werte als vorteilhaft ermittelt:
l APPROX 150 mm bis 300 mm
beta APPROX 30 DEG bis 60 DEG
a APPROX 1,2 l
d APPROX 5 mm bis 10 mm
t APPROX 1/3 P
b APPROX 20 mm.
Die Bemessung der Durchbruchstieflage t ist entscheidend von der Abschirmelementenlänge l und dem Anstellwinkel beta abhängig, wobei im hiesigen Fall vorausgesetzt wurde, dass die Siebplatte 54 senkrecht auf dem Boden 19 steht, was einer zweckmässigen Raumnutzung bezüglich des Kehrgutbehälters 1 und des Rieselschachtes 15 dient.
Nun wird die Vorrichtung gemäss den Fig. 1 bis 2c in Funktion beschrieben. Bei einer beginnenden Strassenreinigungstour geht man davon aus, dass der Brauchwassertank 31 gefüllt ist, während das Absetzbecken 22 leer ist. Geschlossen sind alle Ablassorgane 26 und 32, alle Magnetventile 35, 38, 41 und 43, die Kugelhähne 51 bis 53 sowie die Entleerungsklappe 5. Wird der Kehrvorgang mit Wassersprühen - angenommen der Verbraucher 49 ist zuzuschalten - gestartet, so werden das Hochleistungsgebläse 10 und die Brauchwasserpumpe 39 aktiviert; zugleich öffnet man die Magnetventile 38 und 43 sowie den Kugelhahn 52. Gleichfalls eingeschaltet sind die entsprechenden, hier nicht gezeigten Kehraggregate. Von der Strassenoberfläche 9 wird vom Saugmund 8 das befeuchtete Kehrgut aufgenommen und über das Saugrohr 7 in das Innere des Kehrgutbehälters 1 gezogen.
Im Laufe der Reinigungstour wird sich im Kehrgutbehälter 1 ein Kehrgutberg 57 bilden, wobei sich Kehrgut 56 vor der Siebwand 14 anstaut. Durch die abweisenden Abschirmelemente 18 wird sich der Raum direkt unter den Abschirmelementen und nahe der Siebplatte 54 nicht vollständig mit Kehrgut 56 ausfüllen, sondern es werden Rieselkanäle 58 freibleiben. Das Kehrgut 56 selbst wirkt als erste Filterschicht für das austretende Wasser, welches sich in den Rieselkanälen 58 ansammelt und durch die Rieseldurchbrüche 17 in der Siebplatte 54 in den Rieselschacht 15 läuft. Gröbere Kehrgutteile werden von der Siebplatte 54 zurückgehalten, während feinkörniges Material teilweise mitgeschwemmt wird. Das aus dem Kehrgutberg 57 abfliessende Wasser gelangt über den Rieselschacht 15 durch die Abflussöffnung 20, über den Abflussstutzen 21 in den Beckenzulauf 23 und schliesslich in das Absetzbecken 22.
Das mitgeschwemmte feinkörnige Kehrgut 56 setzt sich in der Senke 25 des Absetzbeckens 22 als Feststoffschicht 62 ab, während sich darüber eine relativ saubere Wasserschicht 63 bildet.
Über nicht dargestellte Kontaktgeber im Absetzbecken 22 - ausgelöst bei hohem Wasserstand - und/oder im Brauchwassertank 31 - ausgelöst bei niedrigem Wasserstand - erhält der Bediener ein Umschaltesignal. Nun gilt es, das zurückgewonnene Wasser aus dem Absetzbecken 22 in den Brauchwassertank 31 zu überführen. Es findet ein grundlegender Wechsel in der Schaltstellung der Magnetventile 35, 38, 41 und 43 statt. Jetzt werden die Magnetventile 35 und 41 geöffnet und die Magnetventile 38 sowie 43 geschlossen. Damit saugt die Brauchwasserpumpe 39 die Wasserschicht 63 aus dem Absetzbecken 22 ab und fördert das Wasser über die Zuleitung 40 in den Brauchwassertank 31. Während des Umpumpens ist der Kehrvorgang kurzzeitig unterbrochen. Ist das Umpumpen beendet, wird erneut im vorherigen Betriebszustand gefahren.
Auf diese Weise wird ein Grossteil des über die Verbraucher 48 bis 50 versprühten Wassers mehrmals im Kreislauf geführt und genutzt. Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch mit zwei separaten Pumpen und entsprechender Ventilanordnung betrieben werden, sodass kein Umschalten bzw. keine Kehrunterbrechung nötig sind.
Eine besondere Funktion hat die konische Bodenplatte 24 im Absetzbecken 22. Diese begünstigt den Absetzprozess, d.h. die Ausfällung des feinkörnigen, mitgeschwemmten Kehrgutes. Von wesentlicher Bedeutung für die Förderung des Absetzens sind auch die Leitelemente 29. Durch die Anordnung der Leitelemente 29 werden die angesammelten Feststoffe im Absetzbecken 22 bei den Erschütterungen durch die Fahrbewegungen und die zufliessende Strömung beruhigt. Ferner verhindert die abschirmende Wirkung der Leitelemente 29, dass vom absaugenden Stutzen der Überleitungsrohre 30 auch Substanz aus der Feststoffschicht 62 mit abgesaugt wird.
Hat sich die Senke 25 im Absetzbecken 22 sehr mit der Feststoffschicht gefüllt, kann diese durch \ffnen des Ablassorganes 26 an einem dafür vorgesehenen Platze abgelassen werden. Für Reinigungszwecke besitzt auch der Brauchwassertank 31 ein Ablassorgan 32 unten am Senkstutzen 37. Für besondere Anwendungsfälle könnte noch vorgesehen werden, im Verlauf der Zuleitung 40 ein Feinfilter einzusetzen. Somit fände an der Siebwand 14 die erste Filtrationsstufe, am Absetzbecken 22 die zweite Filtrationsstufe und an dem eventuellen Feinfilter die dritte Filtrationsstufe statt.
Fig. 3 zeigt, dass die Erfindung - d.h. die Siebwand 114 und das Absetzbecken 122 - auch in einem Kanalreinigungsfahrzeug 100 eingesetzt werden kann. Bei der folgenden Darlegung wird daher nicht mehr auf den Aufbau und die Funktion der erfindungswesentlichen Baueinheiten eingegangen, sondern nur mehr deren prinzipielle Anordnung in einem Kanalreinigungsfahrzeug 100 beschrieben.
Auf dem Kanalreinigungsfahrzeug 100 befindet sich ein Brauchwassertank 131, in dessen Boden eine Saugleitung 136 einmündet. Eine Brauchwasserpumpe 139 fördert das Wasser aus dem Tank 131 über eine Verbraucherzuleitung 142 an den Verbraucher 150, hier eine Spritzdüse in einem zu reinigenden Kanal 109. Die Verbraucherzuleitung 142 ist ab der Schlauchhaspel 170 als Schlauch ausgebildet. Mit der Spritzdüse wird ein Wasserstrahl in den Kanal 109 hineingegeben und so abgesetzter Schlamm aufgespült. Dieses Wasser-Feststoff-Gemisch wird von einem Saugstutzen 108 abgesaugt und über das Saugrohr 107 in den Reinigungsgutbehälter 101 geleitet. Der Reinigungsgutbehälter 101 ist durch eine Siebwand 114 von einer Rieselkammer 115 abgeteilt.
Im Reinigungsbehälter 101 sammelt sich das Reinigungsgut 156 an, wobei sich eine Konzentratschicht 157 unten absetzt, während sich eine weniger konzentrierte Dünnschlammschicht 171 darüber bildet.
Die Konzentrat- und Dünnschlammschicht 157, 171 stauen sich vor der Siebwand 114, die ebenfalls aus einer Siebplatte 154 mit in Zeilen 155 angeordneten Rieseldurchbrüchen 117 und diese vordachartig abdeckende Abschirmelemente 118 besteht. Die im Wesentlichen aus Wasser bestehende, sich oben abgesetzte Dünnschlammschicht 171 wird ohne einen Filtrationsprozess durch die Rieseldurchbrüche 117 in der Siebwand 114 in Richtung der Rieselkammer 115 abfliessen. Hingegen wird sich die dickflüssige Konzentratschicht 157 an der Siebwand 114 anstauen, wobei die Abschirmelemente 118 das Konzentrat nicht bis an die Rieseldurchbrüche 117 vorlassen; auch hier bilden sich unmittelbar vor den Rieseldurchbrüchen 117 Rieselkanäle 158. Auf diese Weise wird die Konzentratschicht 157 entwässert, ohne dass sich die Siebplatte 154 alsbald zusetzt.
Ist in der Rieselkammer 115 ein bestimmter Wasserstand überschritten, könnte z.B. durch einen Schwimmer 172 eine Schmutzwasserpumpe 173 eingeschaltet werden, um aus der Rieselkammer 115 durch ein Verbindungsrohr 121 Schmutzwasser in das Absetzbecken 122 zu pumpen. Im Absetzbecken 122 findet, wie zur Fig. 1 bereits beschrieben, die zweite Filtrationsstufe statt. In der Senke 125 des Ab setzbeckens 122 setzt sich eine Feststoffschicht 162 ab, während sich darüber eine Wasserschicht 163 bildet. In das Absetzbecken 122 ragt bis in die Wasserschicht 163 - angeordnet über den Leitelementen 129 - ein Überleitungsrohr 130. Mittels einer Klärwasserpumpe 174 wird das geklärte Wasser vom Absetzbecken 122 in den Brauchwassertank 131 gepumpt.
Erforderlichenfalls kann in den Verlauf des Überleitungsrohres 130 noch ein rückspulbarer Filter 176 eingebaut werden. Über ein Fallrohr 175, das an der Unterseite - an der Senke 125 - des Absetzbeckens 122 ansetzt und in den Reinigungsgutbehälter 101 führt, kann die sich im Absetzbecken 122 gebildete Feststoffschicht 162 zyklisch abgelassen werden.
Wenn der Reinigungsgutbehälter 101 übermässig mit Konzentrat 157 gefüllt ist, wird der Behälter auf übliche Weise entleert, z.B. mittels eines pneumatischen Ausschubkolbens oder durch Hinterkippung. Für die Anordnung der Siebwand 114 und des Absetzbeckens 122 auf dem Kanalreinigungsfahrzeug 100 bestehen auch andere Möglichkeiten als bisher hier dargestellt. So könnte die Siebwand 114 auch im vorderen Teil des Fahrzeuges vorgesehen sein und das Absetzbecken 122 muss nicht im oder nahe dem Brauchwassertank 131 platziert sein. Dank der Anordnung ist es nun auch möglich, mit relativ einfachen Mitteln, das Spülwasser in Kanalreinigungsfahrzeugen 100 mehrfach im Kreislauf geführt zu nutzen.
Dabei wird das zurückgenommene Wasser mit ausreichendem Reinheitsgrad aufbereitet, sodass die betroffenen Förder- und Verteilaggregate bei der Wiederverwendung des geklärten Wassers geschont werden.
Vorteilhaft kann das erfinderische Siebelement auch in Entwässerungsmulden eingesetzt werden. Dazu wird mindestens eine Aussenwand der Entwässerungsmulde durch die Siebwand gebildet, deren Beschaffenheit und Wirkungsweise bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2a und 3 beschrieben wurde. Denkbar ist auch, alle vier Wände der Entwässerungsmulde gänzlich oder partiell als Siebwand zu ge stalten. Für bestimmte Anwendungsfälle dürfte es ausreichend sein, einen oder mehrere horizontale bzw. vertikale Wandstreifen in Form der Siebwand vorzusehen. Auch eine fensterartige Anordnung ist denkbar.
The invention relates to a sieve element and a device for water recovery for street and sewer cleaning vehicles according to the preamble of the respective independent claim.
Drainage troughs serve as collection containers for cleaning goods or waste, which contain a lot of water, which should run off as much as possible. For example, screenings from sewage treatment plants or suctioned sewer cleaning material are collected in such troughs. Such material still contains a substantial proportion of water which is to be separated out before the troughs are transported away, in order to use the trough volume primarily for the solids and not to be unnecessarily loaded with water. At the same time, the dewatering of the goods during storage in the trough constitutes a preliminary drying stage if the goods are subsequently processed, e.g. is burned. In order to allow the water of the collected goods to flow out of the trough, drainage troughs have a perforated plate at least in one wall or corner.
These perforated plates clog relatively quickly, so that the water drainage is inhibited and the drainage is insufficient. If at all possible, an attempt is then made to scratch out, poke or rinse the perforated plates from inside or outside. In practice, it helps to prevent the perforated plates from clogging too quickly by accumulating a stone layer acting as a coarse filter in front of the perforated plate.
A similar, but probably more important problem exists with the drainage of sweeping or sewer cleaning material aimed at water recovery, which street sweeping or sewer cleaning vehicles take up. The development of road sweeping vehicles is discussed first. In road sweeping vehicles, the sweepings are picked up by rotating brushes of various designs or via a suction mouth. The sweepings consist of a considerable amount of dust. In older sweepers, this dust was whirled around inside the machine and largely blown back into the free atmosphere with the exhaust air flow.
A first improvement was achieved by sweepers, where water was sprayed onto the sweeping surface from a tank integrated into the vehicle body, on the one hand to flush contaminants, in particular from grooves in the road surface, and on the other hand to bind the dust to the water. As a result, the pollution caused by the whirled up dust could be significantly reduced. With this type of machine, however, a large-volume water tank had to be provided or the tank content was sprayed soon, because the water was sprayed only once and was therefore lost (see, for example, DE-AS 1 217 424).
A further development is known from DE-PS 2 545 137. The sweeper proposed therein is provided with a sieve in the debris collection chamber, on which the essential water fraction is separated from the muddy debris and returned to the water cycle. In this way, multiple use of the water is achieved, whereby the water tank can be made smaller and at the same time the service life of the cleaning vehicle with one water tank filling is increased. Although the sieve arrangement retains most of the sweepings, the separated water is heavily contaminated, which leads to annoying deposits and blockages in the nozzles, as well as heavy wear in the flow-through units, especially pumps.
A device is known from DE-GM 9 111 692 which is intended to enable water of a higher degree of purity to be recovered in a sweeper, which is then used again. For this purpose, the water recovery device contains a multi-chamber system with fineness graded filter walls and downstream backwashable fine filters. The equipment required here is very complex and the device has only limited performance in terms of the volume flow rate of dirty water. In addition, the filter walls and the fine filters must be cleaned frequently or renewed.
Often even larger amounts of dirty water have to be treated in sewer cleaning vehicles. Here too, efforts are made to recover the rinsing water from a reservoir integrated in the vehicle as far as possible. Deposits in a channel section are flushed out with a pressurized water jet and the flushing water contaminated with deposits is sucked back into the vehicle interior. There is a more or less rough separation between solids and water according to the principle also used in sweepers - with the same shortcomings. The water is separated using the known sieve walls and filter arrangements. The water, which has been roughly cleaned to this extent, is returned to the reservoir and used again from here for pressure flushing.
The previously known devices for water separation in drainage troughs or for water recovery in street sweeping and sewer cleaning vehicles cannot all be rated as optimal in terms of their cost-benefit ratio. Disadvantages - they occur alternatively or in combination - are particularly noteworthy: insufficient purity of the recovered water, too fast clogging of the separators used, complex apparatus construction and insufficient throughput.
Therefore, the invention has set itself the goal of creating a device with an improved degree of efficiency with little outlay on equipment. Furthermore, it should be possible with the device to also separate large, muddy amounts of dirty water and debris with less water content with sufficient purity in water and solids without the need to use quickly clogging fine filters. It must be ensured that the filtration modules used cause little effort to clean them even under high loads.
The device according to the invention is defined in the characterizing part of independent patent claim 1. Preferred design variants result from the dependent patent claims.
The invention is explained in more detail below, in specific embodiments, with reference to the attached schematic drawings. Show:
Fig. 1: Principle of the device for water recovery for road sweeping vehicles;
2a: side view of the separating sieve;
2b: front view of the separating sieve according to FIG. 2a from the direction of arrow A;
2c: detailed view of the separating sieve according to section B from FIGS. 2a, and
Fig. 3: Principle of the device for water recovery for sewer cleaning vehicles.
The part of the road sweeping vehicle relevant here consists of the dirt hopper 1, which is mounted on the vehicle frame 2 and can be tilted about a container axis 3 for the emptying process, an emptying flap 5 being provided on the rear side wall 4, which is about the flap rotation axis 6 swings open. A suction pipe 7 protrudes into the dirt hopper 1, the outer end of which is designed as a suction mouth 8 with which the water-sprayed sweepings are sucked from the street surface 9 into the sweepings hopper 1. The suction on the suction mouth 8 is generated by a high-performance blower 10, which is connected to the interior of the dirt hopper 1 via a suction duct 11.
In the transition from the suction channel 11 to the dirt hopper 1, a coarse sieve 12 is arranged in the cover plate 13 of the dirt hopper 1, which in addition to the function as a container wall also serves as a baffle plate, by means of which the swept material sucked in degrades its essential portion of kinetic energy. The coarse screen 12 has the task of preventing pieces of debris whirling around in the dirt hopper 1 from getting out again via the suction channel 11. The output of the high-performance blower 10 goes into the free atmosphere and can also be directed wholly or in part to support the sweeping process on the street surface 9. Upstream of the dirt hopper 1 is a trickle shaft 15 which is divided by a sieve wall 14.
The screen wall 14 is a vertical partition wall with a plurality of rows one above the other (see FIG. 2b) of trickle openings 17, which are shielded by shielding elements 18 aligned with these rows.
In the bottom 19 of the trickle shaft 15 there is a drain opening 20 with an attached drain connector 21 which opens into a settling tank 22 at the pool inlet 23. The settling basin 22 has a bottom plate 24 which narrows conically downward and has a cone angle alpha of approximately 60 ° to 150 °. In the depression 25, the base plate 24 has a drain member 26, e.g. Tap, flap or slide open. A vertical wall 27 attaches to the funnel-like base plate 24, a container corner 28 being formed between the base plate 24 and the vertical wall 27. A guide element 29, which has the shape of a cover-like insert plate or is composed of segments, extends almost from the pool inlet 23 into the container corner 28.
The guide element 29, which widens conically towards the vertical central axis of the settling basin 22 and downwards, spans at a guide element opening angle (gamma) which is approximately in the range from 60 ° to 120 °.
Above the guide element 29 and near the vertical wall 27 there is a transfer pipe 30 which leads to the process water tank 31 and further to the consumers. In the course of the transfer pipe 30, two T-branches 33, 34 are provided, a solenoid valve 35 being positioned directly behind the settling tank 22 in the transfer pipe 30. The further course of the transfer pipe 30 leads to the first T-branch 33. From here, a vertical line branch runs as a suction line 36 into the lower connection 37 of the process water tank 31. At the lower connection 37 there is a drainage element 32, e.g. a tap or a flap built in. The solenoid valve 38 is arranged in the course of the suction line. The transfer pipe 30 extends from the T-branch 33 to the second T-branch 34, the service water pump 39 being located between the two T-branches 33, 34.
At the second T-junction 34, a vertical branch branches off as a feed line 40 to the process water tank 31. The solenoid valve 41 is installed in the feed line 40. A consumer feed line 42 also extends from the second T-branch 34, a solenoid valve 43 also being located in this. Individual lines 45 to 47 lead from a distribution cross 44 to the various consumers 48 to 50. To close or open the individual lines 45 to 47 to consumers 48 to 50 there is an actuator in each individual line, e.g. a ball valve 51 to 53 is provided.
2a to 2c show the structure of the screen wall 14, the most appropriate geometric relationships being described with reference to FIG. 2c. The screen wall 14 dividing the trickle shaft 15 from the dirt hopper 1 extends between the bottom 19 and the cover plate 13. The screen wall 14 consists of the screen plate 54 and the shielding elements 18, which are assigned to the systematic openings 17 provided in the screen plate 54. Perforated lines 17 or longitudinal slots come into consideration as pouring openings 17. For specific applications, e.g. when separating sand or fine-grained debris, it can be advantageous to cover the trickle openings 17 with a mesh screen (not shown).
It could also be useful to keep the trickle openings 17 near the bottom 19 very small and then increase them with increasing height in the direction of the cover plate 13, since the finer debris 56 is caused by the vibrations during the travel of the Sweeper tends to compact towards the floor 19, while the coarser solids accumulate on the Kehrgutberg 57 on top.
Above each perforated row 55 there is a shielding element 18, which, at an angle downward, canopy-like, shields the perforated row 55 from the dirt hopper 1. The accumulated debris 56 does not completely fill the space below the shielding element 18; an irregular trickle channel 58 remains. When the debris 56 is dammed against the sieve wall 14, the debris is held back to the extent that the immediate run-up to the trickle openings 17 remains free, that is, debris 56 can hardly accumulate directly in front of the trickle openings 17. The choice of material for the screen plate 54 and the shielding elements 18 will be based on economic criteria and the required strength.
The screen plate 54 and the shielding elements 18 must withstand the dynamic pressure of the debris hill 57, the shielding elements 18 also having to have sufficient stability if, for example, larger stones hit.
So that the trickle channels 58 form properly and the dewatering of the debris 56 proceeds optimally, the geometric dimensions of the screen wall 14 must adhere to certain relationships. These relevant dimensions are:
- The shielding element length l as a distance from the shoulder 59 of the shielding element 18 on the sieve plate 54 to the outer edge 60 of the shielding element.
- The angle of attack beta as the angle enclosed by the shielding element 18 and the sieve plate 54.
- The shielding element distance a as the distance from the shoulder 59 of a shielding element 18 on the sieve plate 54 to the shoulder 59 of the next shielding element 18 on the sieve plate 54.
- The breakthrough diameter d as a diameter or an adequate measure for the size of the trickle breakthroughs 17.
- The breakthrough depth t as the distance from the shoulder 59 of a shielding element 18 on the sieve plate 54 to the lower edge 61 of the perforated row 55 located below this shielding element in the sieve plate 54.
- The projection dimension p as a section of the catheter on the sieve plate 54 at the angle of attack beta and with respect to the shielding element length l or as a projection of the shielding element length l onto the sieve plate 54.
- The ground clearance b as a vertical distance from the outer edge 60 of the lowermost shielding element 18 to the floor 19.
The following values were found to be advantageous in extensive test series:
l APPROX 150 mm to 300 mm
beta APPROX 30 DEG to 60 DEG
a APPROX 1.2 l
d APPROX 5 mm to 10 mm
t APPROX 1/3 P
b APPROX 20 mm.
The dimensioning of the breakthrough depth t is crucially dependent on the length of the shielding element l and the angle of attack beta, in which case it was assumed that the sieve plate 54 is perpendicular to the floor 19, which is useful for using the dirt hopper 1 and the trickle shaft 15.
The device according to FIGS. 1 to 2c will now be described in function. When a street cleaning tour begins, it is assumed that the process water tank 31 is filled while the settling tank 22 is empty. All drainage devices 26 and 32, all solenoid valves 35, 38, 41 and 43, ball valves 51 to 53 and the emptying flap 5 are closed. If the sweeping process is started with water spraying - assuming the consumer 49 has to be switched on - the high-performance blower 10 and the Domestic water pump 39 activated; at the same time you open the solenoid valves 38 and 43 and the ball valve 52. The corresponding sweeping units, not shown here, are also switched on. The moistened debris is picked up from the road surface 9 by the suction mouth 8 and drawn into the interior of the debris container 1 via the suction pipe 7.
In the course of the cleaning tour, a debris mountain 57 will form in the dirt hopper 1, with debris 56 accumulating in front of the sieve wall 14. Due to the repellent shielding elements 18, the space directly under the shielding elements and near the sieve plate 54 will not be completely filled with debris 56, but trickle channels 58 will remain free. The debris 56 itself acts as a first filter layer for the emerging water, which accumulates in the trickle channels 58 and runs through the trickle openings 17 in the sieve plate 54 into the trickle shaft 15. Coarse debris parts are retained by the sieve plate 54, while fine-grained material is partially washed away. The water flowing out of the Kehrgutberg 57 passes through the trickle shaft 15 through the drain opening 20, via the drain connection 21 into the pool inlet 23 and finally into the settling pool 22.
The fine-grained debris 56 washed away settles in the depression 25 of the settling basin 22 as a solid layer 62, while a relatively clean water layer 63 forms over it.
The operator receives a switchover signal via contactors (not shown) in the settling tank 22 - triggered when the water level is high - and / or in the service water tank 31 - triggered when the water level is low. Now it is a matter of transferring the recovered water from the settling tank 22 into the process water tank 31. There is a fundamental change in the switching position of the solenoid valves 35, 38, 41 and 43. Now the solenoid valves 35 and 41 are opened and the solenoid valves 38 and 43 are closed. The service water pump 39 thus sucks the water layer 63 out of the settling basin 22 and conveys the water via the feed line 40 into the service water tank 31. During the pumping over, the sweeping process is briefly interrupted. When pumping is over, the previous operating state is used again.
In this way, a large part of the water sprayed through the consumers 48 to 50 is circulated and used several times. Of course, the device can also be operated with two separate pumps and a corresponding valve arrangement, so that no switching or sweeping interruption is necessary.
The conical base plate 24 has a special function in the settling basin 22. This promotes the settling process, i.e. the precipitation of the fine-grained, swept-away sweepings. The guiding elements 29 are also of essential importance for promoting settling. The arrangement of the guiding elements 29 soothes the accumulated solids in the settling basin 22 during the shocks caused by the travel movements and the inflowing flow. Furthermore, the shielding effect of the guide elements 29 prevents substance from the solid layer 62 from also being sucked out of the suction connecting piece of the transfer pipes 30.
Once the depression 25 in the settling basin 22 has filled up to a great extent with the solid layer, this can be drained off at a place provided for this purpose by opening the discharge member 26. For cleaning purposes, the process water tank 31 also has a drainage element 32 at the bottom of the countersink 37. For special applications, a fine filter could also be provided in the course of the feed line 40. Thus, the first filtration stage would take place on the screen wall 14, the second filtration stage on the settling tank 22 and the third filtration stage on the possible fine filter.
Figure 3 shows that the invention - i.e. the screen wall 114 and the settling tank 122 - can also be used in a sewer cleaning vehicle 100. In the following explanation, therefore, the structure and function of the structural units essential to the invention are no longer discussed, but only their basic arrangement in a sewer cleaning vehicle 100 is described.
On the sewer cleaning vehicle 100 there is a process water tank 131, in the bottom of which a suction line 136 opens. A process water pump 139 conveys the water from the tank 131 via a consumer feed line 142 to the consumer 150, here a spray nozzle in a channel 109 to be cleaned. The consumer feed line 142 is designed as a hose from the hose reel 170. With the spray nozzle, a water jet is introduced into the channel 109, and sludge that has settled is thus washed up. This water-solid mixture is sucked off from a suction nozzle 108 and passed through the suction pipe 107 into the cleaning material container 101. The cleaning material container 101 is separated from a trickle chamber 115 by a screen wall 114.
The items to be cleaned 156 accumulate in the cleaning container 101, a concentrate layer 157 settling at the bottom, while a less concentrated thin sludge layer 171 forms above it.
The concentrate and thin sludge layer 157, 171 accumulate in front of the sieve wall 114, which likewise consists of a sieve plate 154 with flow openings 117 arranged in lines 155 and shielding elements 118 covering this in the manner of a canopy. The thin sludge layer 171, which essentially consists of water and is deposited at the top, will flow through the trickle openings 117 in the screen wall 114 in the direction of the trickle chamber 115 without a filtration process. On the other hand, the viscous concentrate layer 157 will accumulate on the screen wall 114, the shielding elements 118 not admitting the concentrate to the trickle openings 117; Here, too, 117 trickle channels 158 are formed immediately before the trickle openings. In this way, the concentrate layer 157 is dewatered without the sieve plate 154 clogging up immediately.
If a certain water level is exceeded in the trickle chamber 115, e.g. a wastewater pump 173 is switched on by a float 172 in order to pump wastewater from the trickle chamber 115 through a connecting pipe 121 into the settling tank 122. As already described for FIG. 1, the second filtration stage takes place in the settling tank 122. In the depression 125 of the settling basin 122, a solid layer 162 settles, while a water layer 163 forms above it. A transfer pipe 130 protrudes into the settling basin 122 into the water layer 163 - arranged above the guide elements 129. The clarified water is pumped from the settling basin 122 into the service water tank 131 by means of a sewage water pump 174.
If necessary, a rewindable filter 176 can also be installed in the course of the transfer pipe 130. The solid layer 162 formed in the settling basin 122 can be drained cyclically via a downpipe 175 which attaches to the bottom 125 of the settling basin 122 and leads into the washware container 101.
If the washware container 101 is excessively filled with concentrate 157, the container is emptied in the usual way, e.g. by means of a pneumatic extension piston or by tipping back. There are other options for the arrangement of the screen wall 114 and the settling basin 122 on the sewer cleaning vehicle 100 than previously shown here. The screen wall 114 could also be provided in the front part of the vehicle and the settling basin 122 does not have to be placed in or near the service water tank 131. Thanks to the arrangement, it is now also possible to use the rinsing water in sewer cleaning vehicles 100 several times in a circuit with relatively simple means.
The withdrawn water is treated with a sufficient degree of purity so that the affected conveying and distribution units are spared when the clarified water is reused.
The inventive sieve element can also advantageously be used in drainage troughs. For this purpose, at least one outer wall of the drainage trough is formed by the screen wall, the nature and mode of operation of which has already been described with reference to FIGS. 1, 2a and 3. It is also conceivable to design all four walls of the drainage trough completely or partially as a screen wall. For certain applications, it should be sufficient to provide one or more horizontal or vertical wall strips in the form of the screen wall. A window-like arrangement is also conceivable.