-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die städtische und kommunale Wasserversorgung, und
zwar insbesondere auf die Unterflurhydranten, wie sie als Zapfstellen
zur Entnahme von Wasser aus den öffentlichen
Wassernetzen dienen. Diese Hydranten sind unmittelbar an die unterirdische
Wasserleitung angeschlossen und dienen vor allem der Feuerwehr zur
Wasserentnahme; sie können
jedoch auch von Privaten mittels eines Standrohres benutzt werden.
-
Übliche Hydranten,
von denen die vorliegende Erfindung ausgeht, sind im Grunde schraubspindelbetätigte Ventile
mit einem Ventilschließkörper, der
mittels einer Betätigungsspindel
auf seinen Ventilsitz andrückbar
ist, wobei die Betätigungsspindel
in eine am oberen Ende eines als Hülsrohr bezeichneten Verlängerungsrohres
angeordnete Mutter greift und der Ventilschließkörper am unteren Ende des Hülsrohres
starr mit diesem verbunden ist.
-
Rückflußverhinderer
für Unterflurhydranten sind
Rückschlagventile,
die an der Wasserentnahme-Anschlußstelle angeordnet oder in
diese integriert sind und verhindern, daß durch einen in der Wasserentnahmeleitung
auftretenden Überdruck, der
den Druck im öffentlichen
Netz übersteigt,
eine Rückströmung in
das Netz stattfindet.
-
Die
Erfindung geht aus von einem aus
DE 199 33 453 C2 bekannten Rückflußverhinderer,
der in besonderer Weise sabotagesicher ausgestaltet ist und große Sicherheit
dagegen bietet, daß kriminelle Elemente
zum Zwecke der Erpressung oder zur Verbreitung von Terror gefährliche
Substanzen, Krankheitserreger oder Gift in das öffentliche Wassernetz einleiten.
-
Bei
dieser bekannten Ausbildung ist das Schließelement des Rückflußverhinderers
ein massiver Körper,
der frei auf und ab beweglich geführt ist und beim Öffnen des
Hydranten von der Wasserströmung
von seinem Ventilsitz abgehoben und gegen einen oberhalb angeordneten
massiven Hubbegrenzer gedrückt
wird. Bei Beendigung der Durchströmung sinkt das Schließelement
auf seinen Ventilsitz zurück
und beim Auftreten eines entnahmeseitigen Überdrucks wird es auf den Ventilsitz
gedrückt
und verhindert die Rückströmung.
-
Das
nach dem Schließen
des Hydranten im Mantelrohr verbliebene und auch noch oberhalb des Schließelements
des Rückflußverhinderers
stehende Wasser muß abfließen können, z.B.
schon zur Verhinderung eines eventuellen Einfrierens. Bei der bekannten
Ausbildung kann das oberhalb des Schließelements verbliebene Wasser
durch eine von einem Kugelverschluß beherrschte Entleerungsbohrung auslaufen,
welche innen von einer Stelle wenig oberhalb der dichtenden Zusammenwirkung
von Schließelement
und Ventilsitz ausgeht und durch die Gehäusewand nach außen mündet. Das
im Mantelrohr des Hydranten verbliebene Wasser kann abfließen durch einen
bei dessen Ventilschließkörper angeordneten Restwasserabfluß, wozu
jedoch ein Nachströmen von
Luft von oben notwendig ist, was bei der bekannten Ausbildung geschieht
durch eine Lüftungs bohrung,
die beherrscht ist von einer Schließkugel in einem Inbuseinsatz
und die nachgesaugte Luft von außen eintreten und in den Mantelrohrraum
unterhalb des dichtend aufsitzenden Schließelements des Rückflußverhinderers
gelangen läßt. Sowohl
die Entleerungsbohrung als auch die Lüftungsbohrung sind also im
Bereich der Wasserentnahmestelle leicht zugänglich, was als Schwachstelle
der bekannten Ausbildung angesehen werden kann. Außerdem erhöhen die
beiden mit jeweils eigenen Schließkugeln versehenen Bohrungen
den Fertigungsaufwand und können
Betriebsstörungen
verursachen, schon weil sie leicht verschmutzen können.
-
Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung eines Rückflußverhinderers, der keine zusätzlichen, von
außen
zugänglichen Öffnungen
aufweist und der konstruktiv einfacher und betriebssicherer ist.
-
Die
Lösung
der gestellten Aufgabe gelingt durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale.
Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung ersetzt
das in das Schließelement
des Rückflußverhinderers
integrierte Entleerungs-Entlüftungsventil die
Funktionen der bei der bekannten Ausbildung erforderlichen Entleerungsbohrung
und der Lüftungsbohrung,
wobei nicht nur eine Vereinfachung gelingt, sondern auch zwei außenliegende
Angriffspunkte entfallen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen
anhand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:
-
1 die
schnittbildliche Darstellung des geschlossenen Hydranten;
-
2 die
schnittbildliche Darstellung des geöffneten Hydranten;
-
3 den
Rückflußverhinderer
einer ersten Ausbildungsform im Schnitt in der Ruhelage bei geschlossenem
Hydranten;
-
4 den
Rückflußverhinderer
gemäß 3 im
Schnitt bei geöffnetem
Hydranten und normaler Wasserentnahme;
-
5 den
Rückflußverhinderer
gemäß 3 im
Schnitt bei geöffnetem
Hydranten und Auftreten eines entnahmeseitigen Überdrucks;
-
6 den
Rückflußverhinderer
einer zweiten Ausbildungsform im Schnitt bei geöffnetem Hydranten und Auftreten
eines entnahmeseitigen Überdrucks;
-
7 den
Rückflußverhinderer
gemäß 6 im
Schnitt bei geöffnetem
Hydranten und normaler Wasserentnahme.
-
Der
im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gezeigte Hydrant
ist von üblicher
Bauart und unterscheidet sich lediglich dadurch, dass er mit vorgeschlagenen
Rückflußverhinderer
nachgerüstet ist.
-
Das
Mantelrohr A des Hydranten ist mittels eines am unteren Ende ausgebildeten
Anschlußflanschs
B mit der unterirdischen Wasserleitung verbunden. Am oberen Ende
befindet sich das Lager für die
Betätigungsspindel
C mit ihrem Bedienungsvierkant D und neben diesem eine Anschlußmöglichkeit für eine Schlauchkupplung
oder ein Standrohr. Bei den vorhandenen Hydranten ist dies eine
Anschlußmuffe
E mit Arretierungspratzen.
-
Die
Betätigungsspindel
C wirkt mit einer im oberen Ende des Hülsrohres H ausgebildeten Spindelmutter
zusammen. Am unteren Ende des Hülsrohres
ist ein Ventilschließkörper F befestigt,
in dessen Bereich das Mantelrohr einen Restwasserabfluß G aufweist.
-
Das
Gehäuse
1 des
Rückflußverhinderers
ist mit der Anschlußmuffe
E und deren Arretierungspratzen integriert und an seinem unteren
Ende auf unlösbare
Weise mit dem Mantelrohr A verbunden, beispielsweise auf die in
DE 199 33 453 C2 beschriebene
Art mittels einander entsprechenden Flanschen des Mantelrohrs A
und des Gehäuses
1,
die unlösbar miteinander
verschraubt sind.
-
Im
oberen Bereich des Gehäuses 1 ist
ein Tragring 3 ausgebildet, auf dem die Stege eines Haltekreuzes 5 aufliegen,
welches einen massiven Hubbegrenzer 7 trägt. Das
Haltekreuz 5 ist mittels eines Klemmrings 9 eingespannt,
welcher auch noch einen Schmutzfänger 11 und
ein als Zugriffssicherung wirkendes Sieb 13 fixiert. Der
Schmutzfänger
ist ein Bauteil aus elastischem Material, z.B. Gummi, und hat die
Gestalt einer vieleckigen Pyramide, deren Seitenflächen von
dreieckigen Lippen gebildet sind, die in der Spitze zusammenlaufen
und sich bei der Durchströmung
von unten nach oben öffnen.
-
Am
unteren Ende des Gehäuses 1 ist
ein Ventilsitz 20 mit sich nach unten verjüngender
Kegelstumpfsitzfläche
ausgebildet. Von deren unteren Ende ragt ein zylindrischer Führungskragen 22 nach unten.
-
Das
Ventilschließelement 25 ist
mehrteilig ausgeführt
und besteht aus einem etwa kegelstumpfförmigen metallischen Grundkörper 27,
von dessen Seitenfläche
mehrere Führungsflossen 29 nach
unten ragen, die mit der Innenfläche
des Führungskragens 22 zusammenwirken
und das Schließelement 25 bei
seiner Auf- und Abbewegung parallel zu sich selbst halten. In den
oberen Rand des Grundkörpers 27 ist
ein Dichtelement 31 aus weicherem Material eingesetzt,
dessen etwa toroidale Außenfläche dichtend
mit dem Ventilsitz 20 zusammenwirkt.
-
Im
Dichtelement 21 ist ein Raum 33 für ein Entleerungs-Belüftungsventil 35 mit
einer Ventilkugel 37 ausgespart, von dem eine in den Innenraum
des Grundkörpers 27 mündende Ablaufbohrung 39 ausgeht.
Dieser Innenraum hat seinerseits eine Auslaufbohrung 41 an
seiner tiefsten Stelle. Weiterhin geht vom Raum 33 eine
Zulaufbohrung 43 aus, welche in der toroidalen Umfangsfläche des
Dichtelements 31 mündet,
und zwar wenig oberhalb von deren Berührungslinie mit dem Ventilsitz 20.
-
Der
Entleerungs-Belüftungsventilraum 33 ist von
oben zugänglich
und hier abgedeckt durch eine Deckplatte 45, in der eine
weitere Reserve-Zulaufbohrung 47 ausgeführt ist, welche den Raum 33 des Entleerungs-Belüftungsventils
mit dem Innenraum des Gehäuses 1 verbindet.
Die Deckplatte 45 ist in eine flache kreisförmige Ausnehmung
des Dichtelements 31 eingesetzt und unter Zwischenlegung
einer Scheibe 49 mittels einer Schraube 51 zusammen
mit dem Dichtelement 31 mit dem Grundkörper 27 verspannt.
Der Kopf der Schraube 51 ist ein Zylinder mit einer gewissen
Erstreckung, der beim Aufschwimmen des Schließelements 25 in eine
Sackbohrung 53 des Hubbegrenzers eintritt und eine weitere
Führung oberhalb
bewirkt.
-
Die
Ablaufbohrung 39 ist geneigt ausgeführt, sodaß der an der Stelle ihrer Mündung in
den Raum 33 gebildete Sitz 55 für die Ventilkugel 37 in
deren Schließstellung
eine entsprechende Neigung gegenüber
der Horizontalen hat. Dadurch bildet der tiefste Umfangsbereich
der kegelstumpfförmigen
Erweiterung in den Raum 33 hinein eine Kugelruhefläche 57, auf
der die Ventilkugel 37 im Ruhezustand liegen bleibt. In
dieser Stellung bleibt gegenüber
der Ruhefläche 57 ein
etwa mondsichelförmiger
Durchtrittsspalt.
-
1 und 3 zeigen
den Zustand in Ruhe. Der Ventilschließkörper F befindet sich in seiner Sperrstellung,
es findet kein Wasserdurchfluß statt und
mangels eines Druckgefälles
ruht die Ventilkugel 37 des Entleerungs-Belüftungsventils 35 des
Rückflußverhinderers
auf der Kugelruhefläche 57.
Alles Restwasser oberhalb des Schließelements 25 ist über die
Bohrungen 43, 39 und 41 abgeflossen und auch
der Innenraum des Mantelrohrs A hat sich über den Restwasserabfluß G entleert,
wobei die nachströmende
Luft den selben Weg genommen hat wie das von oberhalb des Schließelements 25 abgeflossene
Wasser.
-
Die
Kugelruhefläche 57 ist
schwach von ihrem Ventilsitz 55 weg geneigt und das vorstehend
beschriebene drucklose Abfließen
des Restwassers und Nachströmen
von Luft bewegt die Ventilkugel 37 nicht aus ihrer Ruhelage
auf der Kugelruhefläche 57, gegenüber welcher
der Mondsichelspalt gebildet ist.
-
Zur
normalen Wasserentnahme wird der Hydrant geöffnet, d.h. der Ventilschließkörper F in
die aus 2 ersichtliche Stellung hochgefahren.
Das ausströmende
Wasser erzeugt einen auf das Schließelement 25 des Rückflußverhinderers
wirkenden Staudruck und dieses wird angehoben, bis es zur Anlage
am Hubbegrenzer 7 kommt. Aus 2 und 4 ist
ersichtlich, daß das
Schließelement 25 und der
Hubbegrenzer 7 sich in dieser Position zu einem günstig umströmten und
deshalb niedrigen Strömungswiderstand
bietenden Hindernis ergänzen.
Die Einbuchtung 61 des Grundkörpers 27 wirkt förderlich bei
dem Öffnungsvorgang
und während
desselben tritt der Kopf der Schraube 51 in die Sackbohrung 53, sodaß das Schließelement
oben und unten – dort
mittels der Führungsflossen 29 im
Führungskragen 22 – stabil
in Position gehalten ist.
-
In
dieser Betriebssituation werden auch die Restwasserabfluß- und Belüftungswege
von unten nach oben durchströmt,
also die Auslaufbohrung 41, die Ablaufbohrung 39 und
die Zulaufbohrung 43. Die Ventilkugel 37 im Raum 33 ist
dabei nach oben getrieben, was jedoch keine Bedeutung hat. Diese Durchströmung wirkt
im Sinne einer Rückspülung bei eventuell
verschmutzten Strömungswegen.
-
5 zeigt
schließlich
die Situation beim Versuch der Einleitung von Fremdstoffen in das öffentliche
Versorgungsnetz. Der Hydrant-Ventilschließkörper F ist in seiner Offenstellung
bewegt worden und es wird ein durch dicke Pfeile angedeuteter Gegendruck
erzeugt, der den Druck des Versorgungsnetzes übersteigt und eine Strömung in
Gegenrichtung erzeugen soll. Das Schließelement 25 ist auf
seinen Ventilsitz 25 abgesunken und die jetzt im Raum 33 auf
die Ventilkugel 37 wirkenden Strömungskräfte wirken in Richtung Ventilsitz 55,
sodaß die
Kugel in diese Richtung rollt und sich auf den Ventilsitz 55 legt.
Jede Erhöhung
des Gegendrucks führt
nur dazu, daß die
Ventilkugel 37 des Entleerungs-Belüftungsventils 35 und
das Schließelement 25 selbst
sich nur fester auf ihre jeweiligen Sitze 55 bzw. 20 drücken und
eine Einleitung von Fremdstoffen scheitert.
-
Bei
der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform des Rückflußverhinderers
besteht das Schließelement 25 in
der Hauptsache aus drei Teilen, nämlich dem Grundkörper 27,
dem Dichtelement 31 und der Deckplatte 45. Die
zum Entleerungs-Belüftungsventil 35 gehörenden Räume und Kanäle bedingen
einigen Herstellungsaufwand. Die nachfolgend anhand von 6 und 7 zu
beschreibende zweite Ausführungsform
ist in dieser Hinsicht einfacher gebaut und vermeidet mögliche Undichtigkeiten
dadurch, daß die
Deckplatte 45 entfällt
und mit dem Dichtelement einen einstückigen Körper 31' bildet, in welchem das Entleerungs-Belüftungsventil 35' durch zwei
verhältnismäßig einfache Bohroperationen
ausgeführt
werden kann. Soweit die konstruktiven Merkmale sich nicht von denen
der ersten Ausführungsform
unterscheiden, behalten diese ihre Bezugszeichen und werden nicht
nochmals beschrieben.
-
Das
Schließelement 25' besteht aus
dem Grundkörper 27 und
einem einstückigen
Dichtelement 31',
welches unter Zwischenlegung der Scheibe 49 mittels der
Schraube 51 auf dem Grundkörper 27 verspannt
ist.
-
Das
Entleerungs-Belüftungsventil 35' ist gebildet
durch zwei Bohrungen, die von der gleichen Umfangserstreckung des
Dichtelements 31' ausgehen
und sich in dessen Innerem unter Bildung eines durchgehenden Kanals
treffen. Der obere derselben ist eine schwach nach außen geneigte
Zulaufbohrung 70 und mündet
oberhalb der Berührungslinie zwischen
Dichtelement 31' und
Ventilsitz 20 nach außen.
Die untere derselben ist eine Ablaufbohrung 72, die stärker nach
außen
geneigt ist und – noch über eine
kurze Bohrungsfortsetzung in Grundkörper 27 – unterhalb
der Berührungslinie
zwischen Dichtelement 31' und
Ventilsitz 20 nach außen
mündet.
-
Die
Zulaufbohrung 70 ist zweistufig und besteht aus einem inneren
Abschnitt kleineren Durchmessers, der unter Bildung eines als Ventilsitz 55' wirkenden Absatzes übergeht
in einen äußeren Abschnitt
größeren Durchmessers,
in dem auf seinem äußeren Bereich
ein Innengewinde ausgeführt
ist. In diesem Bereich ist eine längsdurchbohrte Madenschraube 74 eingedreht,
deren Bohrung außen
einen Innensechskant zum Angriff eines Werkzeugs aufweist. Im Raum
zwischen dem inneren Stirnende der Madenschraube 74 und
dem Ventilsitz 55' ist
eine Ventilkugel 37' untergebracht.
-
Ein
weiterer Unterschied der zweiten Ausbildungsform gegenüber der
ersten betrifft die Befestigung dem Hubbegrenzers 7. Das
Haltekreuz 5 der ersten Ausbildung entfällt und der Klemmring 9 drückt unmittelbar
unter Einspannung von Schmutzfänger 11 und
Sieb 13 auf den Tragring 3. Von diesem gehen mehrere
Haltearme 80 aus, die den Hubbegrenzer 7 in Position
halten.
-
Die
Funktion des Rückflußverhinderers
der zweiten Ausbildungsform unterscheidet sich nicht grundsätzlich von
der der ersten Ausbildung. In der Ruhelage sowie bei normaler Wasserentnahme
gemäß 7 liegt
die Ventilkugel 37' auf
der eine Kugelruhefläche 57' darstellenden
untersten Mantellinie der Zulaufbohrung 70 an der inneren
Stirnfläche
der durchbohrten Madenschraube 74 etwas unterhalb von deren
Mitte an, sodaß druckloses
Restwasser durch den etwa mondsichelförmigen Spalt abfließen kann,
der zwischen Ventilkugel 37' und
oberem Bereich der Mündung
des Bohrungskanals der Madenschraube 74 gebildet ist.
-
Bei
einem Versuch der Einleitung von Fremdstoffen in das öffentliche
Versorgungsnetz, in 6 durch die Pfeile angedeutet,
wird das Schließelement 25' auf seinen
Ventilsitz 20 gedrückt
und die Ventilkugel 37' des
Entleerungs-Belüftungsventils 35' wird gegen
ihren Ventilsitz 55 getrieben und sperrt dort den Kanal
Zulaufbohrung 70 – Ablaufbohrung 74.