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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumventil, insbesondere für Abwasserkanalsysteme,
die mit Unterdruck betrieben werden, bestehend aus einem Gehäuse mit
einer Ventilantriebseinheit und einer mit dieser in Verbindung stehenden
Ventilstange mit einem Verschlusselement, wobei das Gehäuse zwischen
einem Einlass- und einem Auslassrohrabschnitt angeordnet ist, und
durch eine Bewegung der Ventilstange in axialer Richtung das Verschlusselement
in eine die zentrale Öffnung
des Auslassrohrabschnittes verschließende Stellung bewegbar ist.
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Vakuum-Kanalsysteme
sind hydro-pneumatische Systems zum Abtransport von Abwasser. Um Abwasser
mit derartigen Systemen durch geschlossene Rohrsysteme und über Höhenunterschiede
zu transportieren, ist die Einhaltung bestimmter Druckdifferenzen
erforderlich. Vakuumleitungen bzw. Schmutzwassersammelleitungen
werden mit Gefälle in
Transportrichtung dem Gelände
angepasst, wobei die zu überwindenden
negativen Höhenunterschiede durch örtlich begrenzte
Sprünge überwunden
werden. An jedem Abwassereinlass muss ein Vakuumventil Installiert
werden, um die Vakuumleitung zu verschließen, damit das Vakuum erhalten
bleibt.
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Wenn
sich eine bestimmte Menge Abwasser im Anschlussschacht angesammelt
hat, wird das Vakuumventil (ausreichender Vordruck vorausgesetzt) automatisch
geöffnet.
Das Abwasser wird abgesaugt, mit einer bestimmten Menge Luft beschleunigt
und danach wird das Ventil wieder geschlossen. Die Druckdifferenz
zwischen dem atmosphärischen Druck
und dem Unterdruck in der Vakuumrohrleitung ermöglicht den selbsttätigen Abtransport
des Abwassers aufgrund der geöffneten
Stellung des Vakuumventils. Wenn der Abwasserpegel im Sammelschacht ansteigt,
wird ein Impuls über
einen Druckschalter oder ein Staurohr erzeugt. Dieser Impuls aktiviert eine
Steuereinheit, die entweder direkt auf dem Ventil oder extern angeordnet
ist. in der Steuereinheit wird durch den anliegenden Luftdruck eine
Differenzdruckschaltung aktiviert, über die das Dichtelement des
Vakuumventils angehoben und geöffnet
wird. Das Vakuumventil wird über
eine variable Zeiteinstellung, In Abhängigkeit von den Netzverhältnissen, wieder
geschlossen.
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Die
aus der Praxis bekannten Vakuumventile sind als Schrägsitzkolbenventile,
Membranventile oder als Plattenschieber ausgeführt, wobei als Verschlusselemente
Kolben, Membranen oder Platten verwendet werden.
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Vakuumventile
mit mechanisch betätigbaren Verschlusselementen,
wie Kolben oder Schieber, die in einer axialen Richtung bewegt werden,
erfordern in der Regel einen Einbau der Verschlusselemente in geneigter
bzw. schräger
Lage zur Längsachse
des Abwasserrohres. Zum dichten Verschließen des Einlassabschnittes
sind bestimmte Veränderungen
der Querschnittsform als Verengung oder Erweiterung des Abwasserrohres
erforderlich. Dadurch entstehen im Ventilquerschnitt erhebliche
Turbulenzen, die Probleme beim Abtransport des Abwassers verursachen können. Aufgrund
der im Abwasser mitgeführten Feststof fe
können
Verstopfungen auftreten, die Ventile schließen nicht mehr vollständig oder
es besteht die Gefahr, dass die Verschlusselemente beschädigt werden.
In der
DE 692 10 004
T2 wird daher vorgeschlagen, Einlass- und Auslassrohr so
zueinander anzuordnen, dass die Mittelachse des Auslassrohres, bezogen
auf die Mittelachse des Einlassrohres, nach unten versetzt ist.
Dies wirkt sich jedoch ebenfalls nachteilig auf die Strömungsverhältnisse
bei geöffnetem
Zustand des Ventils aus. Darüber
hinaus muss der Einbau dieser Ventile exakt mit dem sich ergebenden
Rohrversatz erfolgen, eine in der Praxis häufig erforderliche Neigung
aus dieser Position heraus ist praktisch nicht umsetzbar.
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Die
ebenfalls häufig
eingesetzten Membranventile verringern zwar die Verstopfungswahrscheinlichkeit,
sind jedoch deutlich anfälliger
gegen mechanische Beschädigungen
am Verschlusselement.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumventil, insbesondere
für Abwasserkanalsysteme,
zu schaffen, das einen schnellen und sicheren Verschluss der Öffnung des
Einlassrohres ermöglicht
und die Gefahr von Verstopfungen verringert.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis
14.
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Gemäß der vorgeschlagenen
Lösung
ist das Vakuumventil mit einem Verschlusselement ausgerüstet, das
als kugel- oder parabolförmiger
Verschlusskörper
ausgebildet ist. Der Verschlusskörper ist über ein
Zweigelenkhebelsystem mit der Ventilstange verbunden, derart, dass
der Verschlusskörper bei
axialer Bewegung der Ventilstange eine auf einer kreisbogenförmigen Bahn
liegende Bewegung ausführt,
wobei der sphärische
Abschnitt des Verschlusskörpers
die Öffnung
des Auslassrohrabschnittes verschließt oder bei Bewegung in entgegengesetzter
Richtung freigibt.
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Das
Zweigelenkhebelsystem besteht aus einem ersten Hebelarm und einem
zweiten Hebelarm. Der erste Hebelarm ist an einer feststehenden
Halterung einseitig drehbeweglich gelagert und hat eine kreisbogenförmige Kulissenführung, in
der das untere Ende der Ventilstange geführt ist. Am abstehenden Ende
des ersten Hebelarmes ist ein Führungsstift
angeordnet, der in die Kulissenführung
des zweiten Hebelarmes eingreift. Der zweite Hebelarm ist gegenüberliegend
zu dem ersten Hebelarm in einer feststehenden Drehachse einseitig
drehbeweglich gelagert. Die Kulissenführung des zweiten Hebelarmes
weist einen gerade verlaufenden Abschnitt und einen sich an diesen
anschließenden
abgebogenen Abschnitt auf. Der Führungsstift
des ersten Hebelarmes ist in dieser Kulissenführung geführt und greift im geöffneten
Zustand des Ventils in den abgebogenen Abschnitt ein. Der Verschlusskörper ist
mit dem zweiten Hebelarm fest verbunden.
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Der
vorgeschlagene Verschlussmechanismus ermöglicht einen vertikalen Einbau
des Vakuumventils in den zugehörigen
Abwasser- bzw. Strömungskanal.
Dadurch werden sehr günstige
Strömungsverhältnisse
nach dem Öffnen
des Ventils erzielt. Einlass- und Auslassrohrabschnitt des Abwasserkanals
können
so ausgeführt
werden, dass diese auf einer Achse liegen und identische Durchmesser aufweisen.
Dadurch wird eine kostengünstige
Herstellung dieser Bauteile ermöglicht.
Da der Abwasserkanal keine Querschnittsveränderungen (Erweiterungen und/oder
Verengungen) aufweist, wird ein optimaler Strömungsverlauf des Abwassers
gewährleistet.
Da der Teil Verschlusskörpers,
der in den Strömungskanal hineinragt,
eine runde Außenfläche besitzt,
wird die Gefahr, dass sich an diesem Feststoffe verankern bzw. hängen bleiben
können,
erheblich reduziert.
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Das
Zweigelenkhebelsystem ermöglicht
ein sicheres und schnelles Verschließen und Öffnen des Vakuumventils. Die
ansonsten beim Einsatz von Vakuumventilen in Abwasserkanäle auftretende
Gefahr von Verstopfungen wird weitestgehend ausgeschlossen. Das
erfindungsgemäße Vakuumventil
zeichnet sich durch eine geringe Störanfälligkeit und einen geringen
Wartungsaufwand aus, wodurch sich die Betriebskosten verringern.
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Die
Verschlusseinheit ermöglicht
gegebenenfalls auch den Einbau des Vakuumventils in schräger Einbaulage,
wobei lediglich die Hebelverhältnisse
der Hebelarme an den veränderten
Bewegungsablauf anzupassen sind.
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Der
zweite Hebelarm kann vorzugsweise auch aus einem Hebelarmpaar bestehen,
wobei die beiden Hebelarme identisch ausgebildet und parallel zueinander
beabstandet angeordnet sind. Die Halterungen für die Drehachsen der Hebelarme
können unmittelbar
an der Innenwandung des Ventilgehäuses angebracht sein. Vorteilhafterweise
kann in das Ventilgehäuse
auch ein Einsatz, z. B. ein Spannring, eingesetzt werden, an dem
diese Halterungen vorgesehen sind. Bei Anordnung eines Spannringes
ist die Drehachse für
den zweiten Hebelarm an den abgebogenen und nach Innen gerichteten
Enden des Spannringes gelagert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante
ist die Verbindung zwischen der Ventilstange und dem ersten Hebelarm
so ausgeführt,
dass das untere Ende der Ventilstange gabelförmig ausgebildet ist, wobei
in den beiden gabelförmigen
Armen ein Stift oder Bolzen gelagert ist, der in der kreisbogenförmigen Kulissenführung des
ersten Hebelarmes geführt
ist.
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Bei
einer Ausführung
des zweiten Hebelarmes als Hebelarmpaar erstreckt sich der am Ende des
ersten Hebelarmes angebrachte Führungsstift nach
beiden Seiten, sodass dieser in die Kulissenführungen der beiden Hebelarme
des Hebelarmpaares eingreift.
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Der
Verschlusskörper
ist mindestens an seinen mit dem Auslassrohrabschnitt in Kontakt
stehenden Berührungsflächen mit
einer aus elastischem Material bestehenden Beschichtung, vorzugsweise auf
Basis eines gummiartigen Materials, versehen. Der Verschlusskörper kann
aus unterschiedlichen Materialien, vorzugsweise Aluminium oder Kunststoff,
bestehen und aus Vollmaterial oder als Hohlkörper ausgebildet sein. Entscheidend
ist, dass der Verschlusskörper
eine ausreichende Stabilität
besitzt und sich nicht verformen kann. Als Verschlusskörper wird
vorzugsweise eine Kugel eingesetzt. Als parabolförmiger Verschlusskörper sind
auch solche Gebilde geeignet, die mindestens im Bereich der Abdichtfläche eine
sphärische
Ausbildung aufweisen.
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An
dem die Öffnung
des unter Vakuum stehenden Austrittrohres begrenzenden Abschnittes, der
unmittelbaren Dichtfläche,
kann auch noch eine umlaufende Dichtung befestigt sein.
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Die
Verbindung zwischen dem zweiten Hebelarm und dem Verschlussköper kann
durch eine unmittelbare Befestigung der Unterseite des Hebelarmes
am Verschlusskörper
oder über ein
zwischengeschaltetes Anschluss- oder Zwischenstück erfolgen. Beim Einsatz einer
Kugel als Verschlusskörper besitzt
diese hierfür
einen abgeflachten Abschnitt.
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Das
Ventilgehäuse
kann zwischen dem Einlass- und Auslassrohrabschnitt des Abwasserkanals senkrecht
zur Mittelachse der Rohrabschnitte angeordnet werden. Einlass- und
Auslassrohrabschnitt liegen vorzugsweise auf einer gemeinsamen Mittelachse
und besitzen identische Durchmesser.
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Die
Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In
der zugehörigen Zeichnung
zeigen
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1 ein
Vakuumventil mit einer Kugel als Verschlusselement im geöffneten
Zustand, als Längsschnitt,
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2 das
Vakuumventil gemäß 1 im
geschlossenen Zustand, als Längsschnitt,
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3 einen
Schnitt gemäß der Linie
A-A in 1,
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4 ein
Vakuumventil mit einem parabolförmigen
Verschlusskörper
im geöffneten
Zustand, als Längsschnitt,
und
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5 das
Vakuumventil gemäß 4 im
geschlossenen Zustand, als Längsschnitt.
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Die
in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungen
eines Vakuumventils bestehen aus den Baugruppen Obergehäuse 1 und
Untergehäuse 2. Das
Obergehäuse 1 enthält den Ventilantrieb
und ist in an sich bekannter Bauweise ausgeführt. Als Ventilantrieb können z.
B. mechanische, pneumatische, elektro-pneumatische oder elektro-magnetische
Antriebseinheiten eingesetzt werden. Das Obergehäuse mit dem Ventilantrieb stellt
eine selbständige
Baugruppe dar, die auch durch eine andere bekannte Antriebseinheit
ersetzt werden kann. Im vorliegenden Beispiel besteht der Ventilantrieb
aus einer pneumatischen Antriebseinheit. Im Obergehäuse 1 ist
eine flexible Membran 3 angeordnet, die mit der Ventilstange 4 verbunden
ist. Zur Bewegung der Ventilstange 4 wird die Membran 3 verschoben.
An der Membran 3 ist ein starrer Topf 5 befestigt,
an dem eine Druckfeder 6 anliegt, die diesen nach unten drückt. Die
oberhalb der Membran 3 befindliche Druckkammer besitzt
eine Einlassöffnung 7,
an die ein nicht näher
gezeigter Druckschlauch angeschlossen ist, der mit einer Steuereinrichtung
und dem Auslassrohrabschnitt 10 des Abwasserkanals 8 verbunden
ist. Das Untergehäuse 2 besteht
aus einem Einlassrohrabschnitt 9 und einem Auslassrohrabschnitt 10,
die den Abwasserkanal 8 bilden. Einlassrohrabschnitt 9 und
Auslassrohrabschnitt 10 besitzen identische Innendurchmesser
und weisen eine gemeinsame Mittelachse X auf.
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Zwischen
dem Einlassrohrabschnitt 9 und dem Auslassrohrabschnitt 10 ist
das rohrförmige Ventilgehäuse 11 angeordnet,
dessen Mittelachse Y im rechten Winkel zur Mittelachse X des Abwasserkanals 8 verläuft. Auf
das Ventilgehäuse 11 ist
das Obergehäuse 1 als
komplette Baugruppe mediendicht aufgesetzt.
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Gemäß der in
den 1 bis 3 gezeigten Ausführung wird
zum Verschließen
der zentralen Öffnung
des Auslassrohrabschnittes 10 des Abwasserkanals 8 ein
Verschlusselement eingesetzt, das als Kugel 12 ausgebildet
ist. Die Bewegung der Kugel 12 aus der Öffnungs stellung (1)
in die Schließstellung
(2) erfolgt mittels eines an der Ventilstange 4 angreifenden
Zweigelenkhebelsystems 13, 14. Hierzu ist in dem
Ventilgehäuse 11 ein
ringförmiger Einsatz 15 befestigt,
der beispielweise als Spannring ausgeführt ist, an dem die beiden
Hebelarme 13, 14 gegenüberliegend angelenkt sind.
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Der
erste Hebelarm 13 ist in einer an dem Einsatz 15 befestigten
und nach oben gerichteten feststehenden gabelförmigen Halterung 16 einseitig drehgelenkig
gelagert. Die zugehörige
Drehachse ist mit 17 gekennzeichnet. Dieser Hebelarm 13 besitzt eine
kreisbogenförmige
Kulissenführung 13a und
an seinem abstehenden Ende einen nach beiden Seiten überstehenden
Führungsstift 21.
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Das
untere Ende der Ventilstange 4 ist gabelförmig ausgebildet,
wobei zwischen den beiden Gabelarmen ein Stift 18 angeordnet
ist, der in der Kulissenführung 13a des
ersten Hebelarmes 13 geführt ist.
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Der
zweite Hebelarm 14 ist als Doppelhebelarm bzw. Hebelarmpaar
ausgebildet, der in einer zwischen den beiden nach innen gerichteten
Enden des Spannringes 15 angeordneten Drehachse 19 einseitig
drehgelenkig gelagert ist. Die beiden synchron bewegbaren Hebelarme
des Hebelarmpaares 14 sind identisch ausgeführt und
besitzen eine Kulissenführung 14a,
die einen nahezu gerade verlaufenden Abschnitt 14b und
einen sich daran anschließenden, leicht
abgebogenen Abschnitt 14c aufweist (2). in die
Kulissenführungen 14a der
beiden Hebelarme 14 greift der Führungsstift 21 des
ersten Hebelarmes 13 ein.
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Die
beiden Hebelarme 14 sind über ein an Ihrer Unterseite
angeordnetes Anschlussstück 20 fest mit
der das Verschlusselement bildenden Kugel 12 verbunden.
Die Kugel 12 besitzt hierfür einen abgeflachten Abschnitt 12a.
Der sphärische
Abschnitt der Kugel 12, der die kreisförmige Öffnung des Auslassrohrabschnittes 10 abdeckt,
ist mit einer gummiartigen Beschichtung 23 versehen.
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Der
Bewegungsablauf der Kugel 12 zum Verschließen der
kreisförmigen Öffnung des
Auslassrohrabschnittes 10 ist folgender:
Durch die
axiale Bewegung der Ventilstange 4 nach unten, die durch
die Federkraft der Druckfeder 6 und soweit vorhanden, unterstützt durch
den anliegenden Unterdruck, erfolgt, wird der erste Hebelarm 13 über den
Stift 18 in Uhrzeigerrichtung geschwenkt. Durch die Verbindung
des ersten Hebelarmes 13 mit den beiden Hebelarmen 14 über den
in der Kulissenführung 13a geführten Führungsstift 21 wird
das zweite Hebelarmpaar 14 während der Schwenkbewegung des
ersten Hebelarmes 13 entgegen der Uhrzeigerrichtung bewegt
und dadurch die an diesem Hebelarmpaar 14 befestigte Kugel 12 auf
einer kreisförmigen
Kurvenbahn von der Ausgangsstellung (1) in die
Schließstellung
(2) bewegt. Um ein luftdichtes Verschließen des
im Betriebszustand unter Unterdruck stehenden Auslassrohrabschnittes 10 zu gewährleisten,
ist an dem die Öffnung
des Auslassrohres begrenzenden Abschnittes zusätzlich noch eine umlaufende
Dichtung 22 angeordnet.
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Zum Öffnen des
Ventils wird die Ventilstange 4 angehoben und dadurch der
erste Hebelarm 13a entgegen der Uhrzeigerrichtung nach
oben geschwenkt und das Hebelarmpaar 14 um die Drehachse 19 nach
oben, in Uhrzeigerrichtung, geschwenkt und somit die an dem He belarmpaar 14 befestigte Kugel 12 auf
einer kreisförmigen
Kurvenbahn in die Öffnungsstellung
(1) bewegt.
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Die
in den 4 und 5 gezeigte Ausführung unterscheidet
sich von der Ausführung
gemäß in den 1 bis 3 lediglich
dadurch, dass als Verschlusskörper
anstelle einer Kugel ein parabolförmiger Verschlusskörper 12' eingesetzt
wird. Alle anderen Bauteile sowie der Funktionsablauf sind analog
wie bei der mit einer Kugel gezeigten Ausführung.