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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung für ein durch
Unterdruck betätigbares
Absperrventil, bestimmt für
ein Unterdruck-Abwassersystem, umfassend ein Gehäuse, ein in diesem angeordnetes
von einem durch angesammeltes Abwasser hervorgerufenen Staudruck
von einer ersten in eine zweite Stellung umschaltbares erstes Ventil, eine über das
erste Ventil druckeinstellbare von einem eine Membran umfassenden
Trennelement begrenzte erste Kammer, das mit einem zweiten Ventil funktionell
verbunden ist, über
das in Abhängigkeit von
seiner Stellung Unterdruck oder Atmosphärendruck zu dem Absperrventil
gelangt, eine erste Verbindung, über
die die erste Kammer mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist,
die bei fehlendem oder zu geringem Staudruck von dem ersten in seiner
ersten Stellung sich befindenden Ventil abgesperrt ist und bei hinreichendem
Staudruck bei sich in seiner zweiten Stellung befindendem ersten
Ventil freigegeben ist, und eine zweite zum Atmosphärendruck
führende mit
der ersten Kammer verbundene Verbindung, wobei bei mit hinreichendem
Unterdruck beaufschlagter erster Kammer das Trennelement zusammen
mit dem zweiten Ventil von einer ersten das Absperrventil mit Atmosphärendruck
verbindenden Stellung in eine zweite das Absperrventil mit Unterdruck
verbindende Stellung umschaltbar ist. Auch bezieht sich die Erfindung
auf ein Verfahren zum Steuern eines durch Unterdruck betätigbaren
Absperrventils für
ein Unterdrucksystem zum Absaugen von in einem Behältnis wie
Sumpf angesammelter Flüssigkeit über eine
Unterdruckleitung zu einer Unterdruckquelle mittels einer Steueranordnung.
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Um
Gewässer
rein zu halten, ist es erforderlich, dass Abwasser in Kläranlagen
gelangt. Häufig ist
dies jedoch aufgrund unverhältnismäßig hoher Kosten
für konventionelle
Kanalisationssysteme oder wegen schwieriger örtlicher Verhältnisse
wie mangelndes natürliches
Gefälle,
geringe Siedlungsdichte, ungünstiger
Untergrund und der Durchquerung eines Wasserschutzgebietes nicht
möglich.
Aber auch für
solche Problemfälle
besteht die Möglichkeit,
eine Kläranlagenentsorgung
dann vorzunehmen, wenn eine Unterdruckentwässerung oder "Vakuum-Kanalisation" zur Anvendung gelangt.
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Eine
entsprechende Vakuum-Kanalisation umfasst als wesentliche Bestandteile
Haus-Anschlussschächte
mit einer stromlos arbeitenden Steueranordnung und Absperr- oder
Absaugventile, ein sich anschließendes Leitungssystem mit systematisch
angeordneten Hoch- und Tiefpunkten sowie eine Vakuum-Station mit
Abwassersammeltanks. Abwasserpumpen, Vakuumpumpen, Mess- und Regeltechnik.
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Um
das Abwasser zu fördern,
fließt
dieses zunächst
aus Gebäuden über übliche Freigefälle-Hausanschlussleitungen
zu einem Sumpf eines z.B. an einer Grundstücksgrenze gelegenen Schachtes,
in dem die ausschließlich
pneumatisch gesteuerten Absperrventile und die zugehörige Steueranordnung
untergebracht sind. Mit dem Sumpf verbunden ist ein Luft einschließendes Staurohr,
wobei die eingeschlossene Luft durch in dem Sumpf angesammelte Flüssigkeit
hydrostatisch komprimiert wird, so dass ein Staudruck erzeugt wird.
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Durch
den in der Steueranordnung vorhandenen Mechanismus wird beim Vorliegen
eines festgelegten Staudrucks das Absperrventil geöffnet und das
Abwasser in die Vakuumleitung abgesaugt. Das Ventil schließt zeitabhängig nach
einigen Sekunden über
Federkraft und Vakuum.
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Das
Abwasser selbst sammelt sich an den Tiefpunkten im Leitungssystem
und wird von nachschießender
Luft nach und nach über
die folgenden Hochpunkte in Richtung der Vakuum-Station geschoben.
Aus dem Sammeltank der Vakuum-Station wird sodann das Abwasser mit üblichen
Abwasserpumpen über
eine Druck- und Freigefälleleitung
zur Kläranlage
gefördert.
In dem Sammeltank und im Leitungssystem hält ein Unterdruckerzeuger eine
Vakuumpumpe einen Unterdruck aufrecht.
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Die
dem Absperrventil zugeordnete Steueranordnung sollte dabei ein automatisches
Anpassen an die abzusaugenden Abwasserportionen und an die Betriebsbedingungen
(z.B. die Stärke
des vorhandenen Unterdruckes) im Ableitungssystem ermöglichen.
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Eine
Steueranordnung der eingangs genannten Art ist der
DE 43 36 020 C2 zu entnehmen. Eine
entsprechende Steueranordnung ist überaus kompakt und konstruktiv
einfach aufgebaut und bietet eine hohe Betriebssicherheit. Dabei
erfolgt eine im Wesentlichen von der Stärke des anstehenden Unterdruckes
unabhängige
Zeitsteuerung, d. h., dass nach Wegfall des Staudrucks, wenn die
Flüssigkeit abgesaugt
ist, die Steueranordnung die Unterdruckzuführung zum Absperrventil nach
einer definierten Zeitspanne schließt und das Absperrventil mit
Umgebungsluft belüftet,
sodass das Absperrventil geschlossen wird. Die nach dem Absaugen
verbleibende Zeitspanne vor dem Schliessen des Absaugventiles dient
zum Einlassen von Transportluft aus der Umgebung in das Unterdrucksystem.
Für die
Systemfunktion wäre
es wünschenswert,
wenn das Volumenverhältnis
der eingelassenen Luft und der eingesaugten Flüssigkeit umso höher wäre, je schwächer der
anstehende Unterdruck ist. Die oben genannte Steuereinrichtung zeichnet
sich insbesondere auch dadurch aus, dass sie die Nach-Öffnungszeit für die Luft
ungefähr
konstant hält
und das Volumen der abgesaugten Abwasserportion umso kleiner wird,
je schwächer
der anstehende Unterdruck ist. Ein weiterer Vorteil dieser Steuereinrichtung
besteht darin, einen schlagartig ändernden Zustand der Steuerung insoweit
zu bewirken, dass das die Verbindung zu dem Absperrventil steuernde
zweite Ventil. schlagartig umschaltbar ist.
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Ferner
ist aus der US-Patentschrift 4,373,838 eine unter der Bezeichnung "AIRVAC" angebotene Steueranordnung
bekannt. Um bei dieser eine Zeitsteuerung über eine druckeinstellbare
Kammer zu ermöglichen,
sind Schläuche
mit kleinem Durchmesser erforderlich, die sich leicht zusetzen können, so
dass eine Funktionstüchtigkeit
nicht immer gewährleistet
ist, insbesondere dann nicht, wenn die zugeführte Umgebungsluft schmutzig
oder feucht ist. Auch ist eine eindeutige Auf-/Zu-Stellung eines den
Unterdruck zu dem Absperrventil durchstellenden Ventils nicht gegeben.
Dies bedeutet, dass es bei schwachem Unterdruck zu einem Flattern
des Absperrventils kommen kann. Ausserdem ist die Menge des Abwassers
bzw. Abwasser-Luftgemischs pro Öffnungstakt
des Absperrventils nicht eindeutig definiert. Dies kann insbesondere
bei großem
Abwasseranfall zu Funktionsstörungen
führen.
Ferner ist es von Nachteil, dass die Absaugzeit vom vorhandenen Unterdruck
in einer für
das gesamte System ungünstigen
Weise abhängig
ist, da die Öffnungszeiten
ihrerseits von dem herrschenden Unterdruck abhängig sind. So ist die Öffnungszeit
bei geringem Unterdruck kürzer
als bei starkem Unterdruck. Dadurch besteht insbesondere bei schwachem
Unterdruck und grossen in den Sümpfen
angesammelten Wassermengen die Gefahr, dass das Leitungsnetz geflutet
wird und somit eine ordnungsgemässe
Funktion nicht mehr gegeben ist; denn bei einem gefluteten System nimmt
die Unterdruckstärke
weiter ab.
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Nachteilig
ist des Weiteren, dass ein Öffnen des
den Unterdruck zum Absperrventil freigebenden zweiten Ventils bei
schon geringem Unterdruck erfolgen kann, der jedoch nicht immer
zum raschen Absaugen ausreicht. Hierdurch erwächst die Gefahr, dass Abwasser
in den Frostbereich der Leitung angehoben wird und dort ausfrieren
kann.
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Aus
der
DE 37 27 661 A1 ist
eine pneumatische Steuervorrichtung für ein Absperrventil an einer Unterdruckabwasserleitung
bekannt. Um eine genaue Einstellung und zuverlässige Funktion der Steuervorrichtung
zu gewährleisten,
ist neben einem von einem Staudruck betätigtem ersten Ventil und einer
konstruktiv aufwendigen Zeitsteuereinrichtung zumindest ein Steuerventil
sowie ein Mindestunterdruckventil notwendig.
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Durch
den komplexen mechanischen Aufbau insbesondere der Zeitsteuereinrichtung,
die unter anderem einen Membrankolben mit Hohlzapfen, der in einer
Führungsbuchse
geführt
ist, umfasst, um die Steuerventile zu öffnen oder zu schließen, ist
ein erhebliches Risiko gegeben, dass Funktionsstörungen auftreten.
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Die
DE 38 23 515 A1 beschreibt
eine Absaugpistole, über
die aus einem Sammelbehälter
Abwasser mittels Unterdruck abgesaugt werden kann. Neben eines in
einer Unterdruckleitung, über
die das Abwasser abgesaugt wird, vorhandenen und diese. schließenden bzw. öffnenden
Absaugventils ist ein Steuerventil erforderlich, das manuell oder
automatisch betätigbar
ist. Damit das Steuerventil bei abfallendem Unterdruck geschlossen
werden kann, wodurch das Absperrventil vom Unterdruck getrennt wird
und somit die Unterdruckleitung abgesperrt werden kann, weist das
Steuerventil einen Ventilkolben auf, auf den in Abhängigkeit
von der Stellung des Ventilkolbens axial und/oder radial federbelastete Kugeln
einwirken, die zum Schließen
des Steuerventils notwendig sind.
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Nachteil
aller bekannten Steueranordnungen ist es, dass beim Anstehen von
Unterdruck in der ersten Kammer eine fortwährende Verbindung zu der zweiten
mit Atmosphärendruck
beaufschlagten Verbindung vorliegt, so dass dann, wenn an dem Anschluss
zu der zweiten Verbindung Flüssigkeit
ansteht, diese in die erste Kammer angesaugt wird, so dass die Steueranordnung
unbrauchbar wird. Nachteil der bekannten Steuereinrichtungen ist
es folglich, dass dann, wenn ein zum Aktivieren der Steuerungseinrichtung
genügender
Staudruck ansteht,. Atmosphärenluft
durch die Steuerung hindurch in Richtung zur Unterdruckquelle gesaugt
wird. Das ist insbesondere dann nachteilig, wenn das Absperrventil
und die Steuereinrichtung im Sumpf untergebracht sind oder wenn
die der Steuereinrichtung zugeführte
Atmosphärenluft
aus dem Sumpf entnommen wird.
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Der
US-Patentschrift 4,691,731 ist eine Weiterentwicklung der aus der
US-Patentschrift 4,373,838 bekannten Steuereinrichtung zu entnehmen,
mit der das genannte Problem gelöst
werden sollte. Zur Zuführung
von Atmosphärenluft
zu der Steuereinrichtung besteht hierbei eine stets offene Verbindung
zwischen dem Sumpf und der Steuereinrichtung. Um zu verhindern,
dass bei schwachem Unterdruck, der nicht ausreicht, um Flüssigkeit
aus dem Sumpf abzusaugen, Flüssigkeit
durch die offene Verbindung in die Steuereinrichtung gelangt, ist
ein Druckbegrenzerventil (sump vent valve 42) vorgesehen, das bei
schwachem Unterdruck eine Verbindung von der Steuereinrichtung zur
Unterdruckquelle hin geschlossen hält. Dadurch soll verhindert
werden, dass Flüssigkeit
aus dem Sumpf in die Steuereinrichtung gesaugt wird. Dies ist jedoch
nicht stets sichergestellt. Hat sich während einer längeren Zeit mit
zu schwachem Ünterdruck
Flüssigkeit
im Sumpf bis zu der Atmosphärenverbindung
zur, Steuereinrichtung aufgestaut und ist der Unterdruck sodann
so weit gestiegen, dass dieser zum Absaugen ausreichend ist und
das Druckbegrenzerventil öffnet,
dann wird vor Öffnen
des Absperrventils und dem Absaugen von Flüssigkeit folglich Luft und
damit Flüssgkeit in
die Steuerungseinrichtung gezogen, da das Auslösen der Steuereinrichtung mit
Zutritt von Atmosphärenluft
verbunden ist. Schließt
dagegen im Sumpf ansteigende Flüssigkeit
ein Luftpolster ein, das mit der Atmosphärenseite der Steuereinrichtung
in Verbindung steht, so wird die gesamte Steuereinrichtung mit Überdruck
gefuellt. An dem Druckbegrenzer steht nun auf einer Seite Überdruck
an. Dies führt
dazu, dass der Druckbegrenzer, der in Abhängigkeit von der anstehenden
Druckdifferenz öffnet
oder schliesst, bereits öffnet,
obwohl ungenügender
Unterdruck ansteht.
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Der
US 5,570,715 A ist
eine Steuereinrichtung mit einem Schwimmerventil zu entnehmen, das die
Atmosphärenverbindung
zwischen dem Sumpf und der Steuereinrichtung dann verschliesst,
wenn ein vorgegebener Flüssigkeitsstand
in dem Sumpf erreicht wird. Das Schwimmerventil soll das Ansaugen
von Flüssigkeit
in die Steuereinrichtung bei hohem Flüssigkeitsstand verhindern.
Nachteil dieser Anordnung ist es, dass ein zusätzliches aufwendiges und störungsanfälliges Schwimmerventil
erforderlich ist. Auch muss die gesamte Steuereinrichtung mit Unterdruck
beaufschlagt sein und Atmosphärenluft kann
nicht eintreten, so dass keine Druckdifferenz erzeugt wird, die
ein Schalten der Steuereinrichtung bewirken könnte. Das Absperrventil hat
eine Membrane, die zwei Kammern voneinander trennt, deren eine mit
dem durch die Steuereinrichtung hindurchwirkenden Unterdruck beaufschlagt
ist und in deren anderer der im Sumpf herrschende Druck herrscht. Das
Absperrventil wird ohne ein Schalten der Steuereinrichtung geöffnet, wenn
die Differenz zwischen dem Unterdruck und dem aus dem Sumpf übertragenen
Druck soweit ansteigt, dass dieser ausreicht, eine das Ventil zuhaltende
Federkraft zu überwinden. Dies
hat zur Folge, dass das Absperrventil bereits bei sehr geringem
Unterdruck geöffnet
wird, und zwar dann, wenn sich im Sumpf bei hohem Flüssigkeitsstand
ein Überdruck
ausgebildet hat. Ferner ist es nachteilig, dass beim Öffnen des
Ventils Flüssigkeit aus
dem Sumpf in die Kammer gesaugt werden kann, die mit dem Sumpf offen
verbunden ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Steueranordnung
der eingangs genannten Art mit kompaktem und konstruktiv einfachem
Aufbau derart weiterzubilden, dass sichergestellt ist, dass in die
von Unterdruck beaufschlagbare erste Kammer Flüssigkeit nicht angesaugt werden
kann, ohne dass zusätzliche
Komponenten wie Druckbegrenzungsventile oder Schwimmerventile erforderlich
sind. Auch soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, durch
das ein Absperrventil einfach zu steuern ist.
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Erfindungsgemäß wird das
Problem dadurch gelöst,
dass das erste Ventil einen ersten und einen zweiten Ventilsitz
und einen Ventilteller aufweist, dass das erste Ventil in seiner
zweiten die erste Verbindung zwischen der Unterdruckquelle und der
ersten Kammer freigebende Stellung die zweite zu der ersten Kammer
führende
und mit Atmosphärendruck beaufschlagte
Verbindung absperrt, indem das erste Ventil mit seinem Ventilteller
an dem zweiten Ventilsitz dichtend anliegt, wobei bei sich in der
ersten Stellung befindlichem ersten Ventil die erste Kammer gegenüber Atmosphärendruck
freigegeben und bei sich in der zweiten Stellung befindlichem ersten
Ventil die erste Kammer gegenüber
Atmosphärendruck
gesperrt ist.
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Abweichend
vom vorbekannten Stand der Technik ist die erste Kammer gegenüber dem
Atmosphärendruck
dann abgesperrt, wenn diese mit Unterdruck beaufschlagt ist. Somit
ist sichergestellt, dass dann, wenn an einem zu der zweiten Verbindung
führenden
Anschluss Flüssigkeit
anstehen sollte, diese nicht in die Steueranordnung hineingesaugt werden
kann. Somit ist stets gewährleistet,
dass die Steueranordnung funktionsfähig ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Verbindung
in eine von einer von dem ersten Ventil verstellbaren weiteren Membran
begrenzte zweite Kammer mündet,
die in eine dritte Verbindung übergeht,
die endseitig in den zweiten Ventilsitz übergeht.
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Dabei
kann in der zweiten und/oder dritten Verbindung ein querschnittsveränderbares
Drosselelement angeordnet sein, um so bei abgesperrter erster Verbindung,
also dann, wenn das erste Ventil in der ersten Stellung vorliegt,
zeitlich verzögert
einen Druckaufbau in der ersten Kammer vorzunehmen, wodurch wiederum
das Umstellen des Stellelementes und damit des zweiten Ventils verzögert wird.
Somit kann dann, wenn der Staudruck abgebaut ist und das erste Ventil
von seiner zweiten in die erste Stellung umgeschaltet ist, über eine über das
Drosselelement einstellbare Zeitspanne weiterhin das Absperrventil
geöffnet
bleiben, da dieses über
die Steueranordnung weiterhin mit Unterdruck beaufschlagt ist. Erst
dann, wenn der Unterdruck in der ersten Kammer hinreichend abgebaut
ist, erfolgt ein Umstellen des mit dem zweiten Ventil verbundenen
Trennelementes, wodurch wiederum das Absperrventil mit Atmosphärendruck
beaufschlagt und somit abgesperrt wird.
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Das
erste Ventil selbst ist mit seinem Ventilteller in einer ersten
Ventilkammer verstellbar, von der eine zu der ersten Kammer führende vierte
Verbindung ausgeht. Hierdurch wird mit einfachen Maßnahmen
sichergestellt, dass die vierte Kammer wahlweise entweder mit der
ersten zu der Unterdruckquelle führenden
Verbindung oder mit der zweiten zum Atmosphärendruck führenden Verbindung verbunden
ist.
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Um
ein schlagartiges Umstellen des Trennelementes und damit des zweiten
Ventils sicherzustellen, ist des Weiteren vorgesehen, dass das Trennelement
an einer Zwischenwandung des Gehäuses
der Steueranordnung durch zumindest einen Magneten haltbar ist.
Somit kann ein Umstellen des Trennelementes und damit des zweiten
Ventils erst dann erfolgen, wenn der in der ersten Kammer herrschende Unterdruck
so hoch ist, dass die Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer
und der gegenüberliegenden
Seite des Trennelementes, die mit Atmosphärendruck beaufschlagt ist,
ausreicht, um die Magnethaltekraft zu überwinden.
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Ferner
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern eines durch
Unterdruck betätigbaren
Absperrventils für
ein Unterdrucksystem zum Absaugen von in einem Behältnis wie
Sumpf angesammelter Flüssigkeit über eine
Unterdruckleitung zu einer Unterdruckquelle mittels einer Steueranordnung,
welches sich durch folgende Verfahrensschritte auszeichnet:
- a) Bewegen einer ersten Membran aufgrund durch
in dem Behältnis
angesammelte Flüssigkeit hervorgerufenen
Staudrucks;
- b) Umschalten eines ersten Ventils durch Bewegen der ersten
Membran, wodurch eine erste Kammer mit der Unterdruckquelle verbunden
und gegenüber
Atmosphärendruck
abgesperrt wird;
- c) Bewegen einer die erste Kammer begrenzenden zweiten Membran
infolge Druckabfalls in der ersten Kammer;
- d) Umschalten eines zweiten Ventils durch Bewegen der zweiten
Membran, wodurch das Absperrventil mit der Unterdruckquelle verbunden
und gegenüber
Atmosphärendruck
abgesperrt wird;
- e) Öffnen
des Absperrventils durch Unterdruck;
- f) Absaugen der angesammelten Flüssigkeit aus dem Behältnis durch
das offene Absperrventil zur Unterdruckquelle;
- g) Rückbewegen
der ersten Membran durch Verringerung des Staudrucks infolge von
absinkenden Flüssigkeitstands
in dem Behältnis;
- h) Rückschalten
des ersten Ventils durch Rückbewegen
der ersten Membran, wodurch die erste Kammer gegenüber Unterdruck
gesperrt und gegenüber
Atmosphärendruck
geöffnet
wird;
- i) Rückbewegen
der die erste Kammer begrenzenden zweiten Membran infolge Druckanstiegs
in der ersten Kammer;
- j) Rückschalten
des zweiten Ventils durch Bewegen der zweiten Membran, wodurch das
Absperrventil mit Atmosphärendruck
verbunden und zur Unterdruckquelle geschlossen wird;
- k) Schließen
des Absperrventils durch Atmosphärendruck.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines der Zeichnung zu entnehmenden
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung
einer Kompaktsteueranordnung bei fehlendem Staudruck und
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2 die Kompaktsteueranordnung
nach 1 bei Vorliegen
eines Staudrucks.
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Den
Fig. ist rein prinzipiell der Aufbau und die Funktion einer erfindungsgemäßen Kompaktsteueranordnung 10 für ein (in
den Figuren nicht dargestelltes) durch Unterdruck betätigbares
Absperrventil bestimmt für
ein Unterdruckabwassersystem zu entnehmen. Die stromlos, jedoch
pneumatisch arbeitende Kompaktsteueranordnung 10 besteht
aus einem zylindrischen Gehäuse 12,
in dem ein erstes Ventil 14, das über eine erste Membran 16 von
einem über eine Öffnung 18 des
Gehäuses 12 gelangenden Staudruck
beaufschlagbar ist, und ein zweites Ventil 20 angeordnet
ist. Das erste Ventil 14 kann auch als Auslöseventil
und das zweite Ventil 20 als Steuerventil bezeichnet werden.
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Die
Ventile 14 und 20 sind mit ihrem jeweiligen Kolben 22, 24 entlang
der Längsachse
des Gehäuses 12 verschiebbar
angeordnet. Dies ist jedoch kein zwingendes Merkmal.
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Der
Ventilkolben 24 des Steuerventils 20 wird in einer
Bohrung 26 des Gehäuses 12 bzw.
einer Bodenwandung 28 geführt aufgenommen. Der Ventilkolben 24 ist
mit seinem Ventilteller 30 in einer Ventilkammer 32 verstellbar
angeordnet. Von der Ventilkammer 32 geht ein Anschluss 34 aus,
der mit einem über
die Kompaktsteueranordnung 10 ansteuerbares Absperrventil
des Unterdruckabwassersystems verbunden ist, um dieses mit Unterdruck
bzw. Atmosphärendruck
zu beaufschlagen, wodurch das Absperrventil geöffnet bzw. geschlossen wird.
In den Fig. befindet sich das Ventil 20 in seiner ersten
oder unteren Stellung.
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Der
hierzu erforderliche Unterdruck strömt über einen Anschluss 36 dann
in die Ventilkammer 32, wenn das Ventil 20 im
Ausführungsbeispiel
in seiner zweiten oder oberen Stellung vorliegt, also von der Ventilkammer 30 eine
mit dem Anschluss 34 verbundene Öffnung 38 freigibt,
die zu dem Anschluss 36 führt.
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Von
dem mit einer Unterdruckquelle verbundenen Anschluss 36 geht
des Weiteren ein in dem Gehäuse 12 bzw.
dessen Wandung verlaufender Kanal 40 aus, der endseitig
in einen ersten Ventilsitz 42 einer Ventilkammer 44 übergeht,
innerhalb der das erste Ventil 14 mit seinem Ventilteller 46 verstellbar ist.
Die Ventilkammer 44 geht über einen Kanal 48 in eine
erste Kammer 50 über.
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Von
einem weiteren von dem Ventilteller 46 zu verschließenden zweiten
Ventilsitz 52 geht ein weiterer Kanal 54 aus,
der über
ein Drosselelement 56 und einen Filter 58 zu einer
Kammer 60 führt,
die von der Membran 16 begrenzt ist, und zwar gegenüberliegend
zu dem Anschluss 18. Die Kammer 60 ist durch einen
weiteren in der Wandung des Gehäuses 12 verlaufenden
Kanal 62 mit einem Anschluss 64 verbinden, der
mit Atmosphärendruck
beaufschlagbar ist, der also mit der Umgebungsluft verbunden ist.
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Der
Anschluss 64 führt
nicht nur zu dem Kanal 62, sondern auch zu der Bohrung 26,
die den Ventilkolben 24 koaxial umgibt, die ihrerseits
zu einer Kammer 66 führt,
die von einer weiteren Membran 68 begrenzt ist, die einerseits
in einer lnnenwandung 70 festgelegt und andererseits mittig
mit einem Trennelement 72 verbunden ist. Das Trennelement 72 ist seinerseits
mit dem Ventilkolben 24 verbunden wie verschraubt. Die
Membran 68 begrenzt die erste Kammer 50 gegenüber der
Kammer 66, so dass in Abhängigkeit von der Druckdifferenz
zwischen den Kammern 50, 66 das Trennelement 72 und
damit das zweite Ventil 20 derart verstellbar ist, dass
entweder die Verbindung 38 zwischen den Anschlüssen 34 und 36 abgesperrt
ist, so dass das Absperrventil nicht mit Unterdruck beaufschlagt
werden kann, oder das Ventil 20 liegt mit seinem Ventilteller 30 an
dem die Bohrung 26 begrenzenden Ventilsitz 74 dichtend
an, so dass der Anschluss 64, also der Atmosphärendruck gegenüber dem
zu dem Absperrventil führenden
Anschluss 34 abgesperrt ist. Dies wiederum bedeutet, dass
sich der Unterdruck über
den Anschluss 36 und die Öffnung 38 zum Anschluss 34 und
damit dem Absperrventil fortsetzen kann.
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Um
ein schlagartiges Umstellen des Trennelementes 72 und damit
des Steuerventils 20 zu ermöglichen, wird das Trennelement 72 über z.B. über einen
Ringmagneten 76 in einer unteren Stellung gehalten, in
der das Steuerventil 20 die Öffnung 38 absperrt,
also eine Verbindung zwischen Atmosphärendruck und dem Absperrventil
besteht, so dass über dieses
Flüssigkeiten nicht
abgesaugt werden kann.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Steueranordnung 10 ist
nun wie folgt.
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Der über den
Anschluss 18 anstehende Staudruck wird durch angesammelte
und abzusaugende Flüssigkeit
aufgebaut. Da in der von der Membran 16 begrenzten unteren
Kammer 60 über
den Kanal 62 Atmosphärendruck
ansteht, muss über
den Anschluss 18 hinreichend Staudruck aufgebaut werden,
damit die Membran 16 – im
Ausführungsbeispiel nach
unten – verstellt
werden kann, wodurch der Ventilkolben 22 mitbewegt wird.
Reicht der Staudruck nicht aus – wie
dies anhand der l verdeutlicht ist –, so bleibt
der Kanal 40, der zu der Unterdruckquelle führt, durch
den Ventilteller 46 verschlossen und die erste Kammer 50 kann
nicht evakuiert werden. Gleichzeitig ist über die Kanäle 48, 54 62 eine
Verbindung von der ersten Kammer 50 zu dem Anschluss 64 und
damit dem Atmosphärendruck
gegeben. In den Kammern 50 und 66, die durch die
Membran 68 getrennt sind, herrscht gleicher Druck. Daher
wird das Trennelement 72 in seiner unteren Stellung gehalten,
und zwar einerseits über
den Magneten 76 und andererseits über den an der Öffnung 38,
die von dem Ventilteller 30 des Ventils 20 abgesperrt
ist, herrschenden Unterdruck. Reicht der Staudruck aus. um die Membran 16 – im Ausführungsbeispiel
nach unten – zu
verstellen, so wird entsprechend das erste Ventil 14 von
seiner ersten in seine zweiten Stellung nach unten bewegt, so dass
der Ventilteller 46 von dem oberen Ventilsitz 42 abgehoben
und in Richtung des zweiten Ventilsitzes 52 bewegt wird,
um an diesem dichtend anzuliegen. In diesem Moment wird der Kanal 54,
der zu dem Anschluss 64 führt, abgesperrt. Gleichzeitig
wird über
die Bohrung 48 und die Ventilkammer 44 eine Verbindung
zu dem Kanal 40 hergestellt, so dass sich in der ersten
Kammer 50 Unterdruck aufbauen kann. Reicht die Druckdifferenz
zwischen dem in der ersten Kammer 50 herrschenden Unterdruck
und dem in der Kammer 66 herrschenden Atmosphärendnuck
aus, um die von dem Haltemagnet hervorgerufene Kraft zu überwinden,
so wird die Membran 68 mit dem Trennelement 72 – im Ausführungsbeispiel
nach oben – verstellt.
Gleichzeitig hebt sich der Ventilteller 30 von dem von
der Öffnung 38 durchsetzten
Ventilsitz ab, um an dem gegenüberliegenden
Ventilsitz 74 der Kammer 32 anzuliegen. Jetzt
kann sich der Unterdruck von dem Anschluss 36 zu dem zu
dem Absperrventil führenden
Anschluss 34 fortsetzen, so dass das Absperrventil geöffnet werden
kann.
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Ungeachtet
des in der ersten Kammer 50 herrschenden Unterdrucks kann über den
Anschluss 64, der bei Normalbetrieb mit Atmosphärendruck
beaufschlagt ist, kein Medium angesaugt werden, insbesondere keine
im Störfall
an dem Anschluss 64 vorliegende Flüssigkeit.
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Sobald
aufgrund des Absaugvorgangs der an dem Anschluss 18 anstehende
Staudruck in einem Umfang abgebaut ist, dass die Membran 16 und damit
das erste Ventil 14 zurückgeschaltet
werden kann, wird der Kanal 40 durch den Ventilteller 46 verschlossen
und die erste Kammer 50 über die Ventilkammer 44,
die Bohrung 48 und den Kanal 54 belüftet, so
dass der Unterdruck in der ersten Kammer 50 abgebaut wird.
Die Geschwindigkeit des Abbaus wird dabei durch die Einstellung
des Drosselelementes 56 bestimmt. Ist der Unterdruck hinreichend
abgebaut, so gelangt das Trennelement 72 automatisch in
seine Grundposition zurück,
da auf den Ventilteller 38 Unterdruck einwirkt und das
Ventil 20 im Ausführungsbeispiel
nach unten zieht. Dies wird durch die Federwirkung der Membran 68 und
durch die von dem Magneten 76 hervorgerufene Kraft unterstützt. Sobald das
Umschalten erfolgt ist, wird durch das Steuerventil 20,
d. h. dessen Ventilteller 30 die Öffnung 38 verschlossen,
so dass sich über
den Anschluss 34 nunmehr Atmosphärendruck zu dem Anschluss 34 des Absperrventils
fortsetzen kann, wodurch dieses geschlossen und somit ein weiteres
Absaugen unterbunden wird.
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Anstelle
des Magneten 76 kann selbstverständlich auch ein gleichwirkendes
Element wie Federelement verwendet werden. Gegebenenfalls reicht
die Eigensteifigkeit der Membran 68 zur Erzielung der erforderlichen
Federkraft auch aus. Ferner kann dem ersten Ventil 14 zur
Unterstützung
seiner Bewegung ebenfalls z.B. ein Federelement oder ein Magnet
zugeordnet werden.