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Die Erfindung bezieht sich auf einen Membran-Rohrbelüfter mit einem perforierten Schlauch aus einem elastischen Material, der auf einem mit einem Lüftungsrohr zu verbindenden Stützrohr aus einem Kunststoff angeordnet ist.
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Rohrbelüfter werden zum Einbringen von Luft in Wasser unterhalb des Wasserspiegels in einem Behälter befestigt. Insbesondere werden Rohrbelüfter in kommunalen Kläranlagen und Kleinkläranlagen verwendet, in denen eine Belüftung als Teil eines biologischen Klärprozesses erforderlich ist. Heute werden bei Druckluft-Belüftungssystemen im Wesentlichen zwei Typen von Belüftern eingesetzt, nämlich sogenannte Platten- oder Teller-Belüfter und Rohrbelüfter.
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Platten- und Teller-Belüfter weisen eine ebene Abgasfläche auf und umfassen eine Scheibe, über die eine perforierte Membran gespannt wird. Zwischen die Platte bzw. den Teller und die Membran wird Druckluft eingeleitet, die über die Poren der Membran entweicht.
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Rohrbelüfter weisen ein Rohr als Kern auf, der von einem perforierten Schlauch umgeben ist. In den Zwischenraum zwischen dem Rohr und dem Schlauch wird wiederum unter Druck stehende Luft eingeleitet, die durch die Perforationsöffnungen des Schlauches entweicht. Die Rohrbelüfter können beabstandet zu dem Behälterboden gehalten werden, so dass die eingeleitete Luft auch unterhalb des Rohrbelüfters gelangen kann. Es besteht also weniger die Gefahr, dass im Bereich des Standorts des Rohrbelüfters Totzonen am Boden des Klärbehälters entstehen.
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Aus der Praxis ist ein Membran-Rohrbelüfter bekannt, der im Wesentlichen aus einem im Querschnitt kreisförmigen Stützrohr aus einem Kunststoff besteht, auf dem ein perforierter Schlauch aus einem elastischen Material befestigt wird. Das Stützrohr Wird an einem Lüftungsrohr befestigt und mit Druckluft beaufschlagt, die über eine Einströmöffnung in dem Stützrohr in einen umfangsseitigen Bereich zwischen dem jeweils endseitig auf dem Stützrohr befestigten Schlauch und dem Stützrohr gelangt. Aufgrund der Druckbeaufschlagung der Druckluft und der Elastizität des Schlauches wölbt sich der Schlauch und die Perforation öffnet sich, damit die Druckluft austreten kann. Der Schlauch ist häufig aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder Silikon gefertigt, wobei Silikon aufgrund mangelhafter mechanischer Eigenschaften zum Aufreißen der Perforation neigt, wonach keine feine Blasenverteilung mehr gewährleistet ist, aber im Wesentlichen über die Einsatzzeit eine gewünschte Elastizität aufweist. EPDM hingegen ist mechanisch relativ stabil, hat aber den Nachteil, dass im Laufe der Zeit die Elastizität, also die Dehnfähigkeit, aufgrund sich ändernder Weichmacheranteile nachlässt, was zu einem Druckanstieg in der Anlage zur Erzeugung der Druckluft führt, womit erhöhte Kosten für die Erzeugung der Druckluft einhergehen und schlimmstenfalls Lüfter abschalten bzw. Lüftermotoren aufgrund einer Überlastung dauerhaft geschädigt werden. Verbesserungen werden mit im Querschnitt ovalen Stützrohren im Zusammenhang mit Schläuchen aus EPDM erzielt.
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Darüber hinaus ist aus der Praxis ein Stützrohr aus einem rostfreien Stahl bekannt, das einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt aufweist, der randseitig durch Wulste begrenzt ist, über die sich der Schlauch spannt, wobei zwischen den Wulsten die Druckluft in einen Bereich einströmt, in dem der Schlauch zu dem Stützrohr beabstandet ist. Die Einströmöffnung befindet sich in Längsrichtung in etwa in der Mitte des Stützrohres. Dieses Stützrohr ist insofern nachteilig, als es relativ teuer und aufwändig in der Herstellung ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Membran-Rohrbelüfter der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei geringen Herstellungskosten eine kostengünstige Einleitung von feinverteilten Luftbläschen in die zu reinigende Flüssigkeit während einer langen Zeitspanne ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Stützrohr bereichsweise einen D-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die abgeflachte Fläche durch randseitige Wulste begrenzt ist und eine Einströmöffnung für Luft in einem Anschlussbereich vorgesehen ist.
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Demnach wird ein Stützrohr bereitgestellt, das aus einem Kunststoff kostengünstig zu fertigen ist und im Wesentlichen die Kontur eines aus Metall gefertigten und teuren Stützrohres aufweist. Das Stützrohr ist als Träger des perforierten Schlauches aus einem beliebigen, insbesondere elastischen, Material zu verwenden, wobei die beiden Wulste, die sich im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmig über die abgeflachte Fläche erstrecken, den Schlauch in dem Bereich der abgeflachten Fläche zu dieser beabstanden und so ein Einleiten von Druckluft unter einem verhältnismäßig geringen Druck und damit kostengünstig ermöglichen, da es nicht notwendig ist, den Schlauch durch die Einspeisung der Druckluft aufzublähen, damit die Luft durch die Perforation in die Umgebung gelangen kann. Die Druckluft kann durch eine einzige Einströmöffnung von einer Stirnseite des Stützrohres aus eingeleitet werden und es ist nicht erforderlich, das Stützrohr mit mehreren Bohrungen für die Druckluft oder einem separaten Verteilerkanal zu versehen. Selbstverständlich ist der Schlauch jeweils im Endbereich des Stützrohres, vorzugsweise unter Verwendung von Schlauchschellen, an diesem befestigt. Im Zusammenhang mit der Erfindung ist unter Luft bzw. Druckluft jedes beliebige Gas oder Gasgemisch zu verstehen. Im Weiteren umfasst der vorliegend verwendete Begriff Flüssigkeit sowohl reine Flüssigkeiten als auch Suspensionen und insbesondere Flüssigkeitsgemische, die in einem zu begasenden Becken einer Kläranlage vorzufinden sind.
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In Ausgestaltung weist der Anschlussbereich zur Verbindung mit dem Lüftungsrohr einen kreisförmigen Querschnitt auf, der sich zu dem D-förmigen Querschnitt verjüngt, wobei sich die Einströmöffnung in einem sich verjüngenden Übergangsbereich oberhalb der abgeflachten Fläche befindet. Durch den zylindrischen Anschlussbereich ist das Stützrohr im Austausch mit zylindrischen Rohren an einem vorhandenen Lüftungsrohr oder Verteiler mit einem geringen Aufwand zu montieren. Selbstverständlich wird der Anschlussbereich in marktüblichen Abmessungen gefertigt, um eine Kompatibilität mit vorhandenen Belüftungseinrichtungen zu gewährleisten. Bereits der sich verjüngende Übergangsbereich zwischen dem im Wesentlichen ringförmigen Anschlussbereich und dem D-förmigen Querschnitt des Stützrohres kann eine leichte Abflachung aufweisen, die in die abgeflachte und im Wesentlichen ebene Fläche der D-Form übergeht.
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Damit die eingeleitete Druckluft bereits in dem die Einströmöffnung aufweisenden Übergangsbereich bzw. unmittelbar im Bereich der Einströmöffnung geringen Strömungswiderständen ausgesetzt ist, ist bevorzugt der sich verjüngende Übergangsbereich randseitig mit den Wulsten versehen, deren Anfang im Bereich der Einströmöffnung angeordnet ist. Der Schlauch wird durch die Wulste bereits unmittelbar an der Einströmöffnung zu dem eigentlichen Stützrohr beabstandet, weshalb die Druckluft ungestört aus der Einströmöffnung in den Bereich zwischen der Oberfläche des Stützrohres und dem Schlauch, insbesondere entlang der Abflachung an dem D-förmigen Querschnitt zwischen den randseitigen Wulsten, strömen kann.
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Um das Stützrohr in einer großen Stückzahl kostengünstig fertigen zu können, ist zweckmäßigerweise das Stützrohr ein Spritzgussteil.
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Zur Einleitung einer verhältnismäßig großen Menge Luft, vorzugsweise in ein Klärbecken, ist es erforderlich, eine entsprechende perforierte Fläche des Schlauches bereitzustellen, über die die Druckluft in die Umgebung austritt. Diese erforderliche Fläche wird unter Minimierung der notwendigen Anschlüsse an ein Lüftungsrohr durch eine relativ große Länge des Stützrohres mit dem darauf angeordneten Schlauch realisiert. Um die Werkzeug- und Herstellungskosten für das Stützrohr gering zu halten, ist vorzugsweise das Stützrohr aus zwei spielgelbildlich miteinander verbundenen Einzelteilen zusammengesetzt. Die Einzelteile können identisch ausgebildet sein und sind an den Stirnseiten mit den D-förmigen Querschnitten dauerhaft, beispielsweise durch Schweißen, miteinander verbunden. Ein solches Stützrohr weist in seinem Gebrauchszustand an seinen freien Stirnseiten jeweils einen kreisförmigen Querschnitt auf, der an einer Stirnseite als Anschlussbereich zur Verbindung mit dem Lüftungsrohr ausgelegt ist. Von dem kreisförmigen Querschnitt erstreckt sich jeweils ein Übergangsbereich verjüngend zu dem D-förmigen Querschnitt, wobei der zu dem Anschlussbereich benachbarte Übergangsbereich mit der wirksamen Einströmöffnung versehen ist.
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Um ein Eindringen von Flüssigkeit und/oder Feststoff in das Stützrohr bzw. das Lüftungsrohr zu verhindern, wenn keine Druckluft aus der Einströmöffnung austritt, ist vorteilhafterweise in die Einströmöffnung ein druckbetätigtes Tellerventil eingesetzt.
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Nach einer Weiterbildung steht die Einströmöffnung strömungstechnisch mit einer stirnseitig in das Stützrohr eingelassenen Gasdurchtrittsöffnung in dem Anschlußbereich in Verbindung, der an einen mit dem Lüftungsrohr verbundenen Gasverteiler angeschlossen ist, der auf diametral gegenüberliegenden Seiten zwei Stützrohre koppelt.
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Aufgrund der Elastizität verläuft der dünnwandige Schlauch durch die Wulste beabstandet zu dem Stützrohr. Da das Material des Schlauches mit fortwährender Benutzung entweder aufgrund der Benutzungsdauer oder der Umgebungseinflüsse zunehmend an Elastizität verliert und/oder schrumpft, ist der Schlauch in dem für die Druckluftströmung relevanten Bereich des Stützrohres zu dessen Oberfläche beabstandet und die Gefahr, dass Lüftermotoren versagen oder die Kosten für die Bereitstellung der Druckluft erheblich steigen, ist minimiert.
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Zweckmäßigerweise ist der Schlauch aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder Silikon und das Stützrohr aus Polypropylen (PP) gefertigt. Hier wird auf bekannte und bewähret Materialien zurückgegriffen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Membran-Rohrbelüfters,
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2 eine Draufsicht auf die Darstellung nach 1,
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3 eine Seitenansicht der Darstellung nach 1,
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4 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie IV-IV nach 2,
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5 eine Teildarstellung eines alternativen Stützrohres des Membran-Rohrbelüfters nach 1 von oben,
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6 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie VI-VI nach 5,
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7 eine Draufsicht auf zwei Membran-Rohrbelüfter nach 5 an einem Lüftungsrohr,
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8 eine vergrößerte Teildarstellung der Einzelheit VIII nach 7 und
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9 eine Seitenansicht der Darstellung nach 7.
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Der Membran-Rohrbelüfter umfasst einen perforierten Schlauch 1 aus einem elastischen Material, der auf einem mit einem Lüftungsrohr 2 zu verbindenden Stützrohr 3 aus einem Kunststoff angeordnet ist. Der Schlauch 1 ist bevorzugt aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) gefertigt. Selbstverständlich kann der Schlauch 1 auch aus einem Silikon bestehen. Die Perforation ist derart, dass kleine Schlitze in dem Schlauch 1 vorhanden sind, die sich bei einer Druckluftbeaufschlagung öffnen und Luft bzw. sonstige Gase in die Umgebung austreten lassen. Das Stützrohr 3 ist vorzugsweise im Spritzgussverfahren aus Polypropylen (PP) gefertigt, wobei der Kunststoff Polypropylen selbstverständlich beliebige Verstärkungsstoffe, wie Glasfasern oder dergleichen, aufweisen kann. Zur Verbindung mit dem Lüftungsrohr 2 ist entsprechend den 1 bis 3 auf der einen Stirnseite des Stützrohres 3 ein als Flansch 4 ausgebildeter Anschlussbereich 5 vorgesehen, wobei der Flansch 4 zur Adaption an ein im Querschnitt rundes Lüftungsrohr 2 geformt ist und mehrere Durchgangsbohrungen 6 für Schraubverbindungen aufweist. Ausgehend von dem Flansch 4 weist das Stützrohr 3 in seinem Anschlussbereich 5 einen kreisförmigen Querschnitt 7 auf, der sich in einem Übergangsbereich 8 zu einem D-förmigen Querschnitt 9 verjüngt. Die abgeflachte Fläche 10 des D-förmigen Querschnittes 9 bildet die Oberseite des Stützrohres 3 in dessen eingebauter Gebrauchslage und die gekrümmte Fläche 11 die Unterseite. In dem Übergangsbereich 8 ist eine Einströmöffnung 12 für die Druckluft vorgesehen, die über eine stirnseitig in das Stützrohr 3 eingelassenen Gasdurchtrittsöffnung 13 strömungstechnisch mit dem Lüftungsrohr 2 verbunden ist. Um die Einströmöffnung 12 zu verschließen, wenn keine Druckluft die Gasdurchtrittsöffnung 13 durchströmt, ist in die Einströmöffnung 12 ein druckbetätigtes Tellerventil 15 eingesetzt. Sowohl der Übergangsbereich 8 als auch die abgeflachte Fläche 10 des D-förmigen Querschnittes 9 ist randseitig durch vorstehende Wulste 14 begrenzt. Auf der dem Flansch 4 gegenüberliegenden Stirnseite weist das Stützrohr 3 wiederum den Übergangsbereich 8 auf, in dem sich der D-förmige Querschnitt 9 zu dem kreisförmigen Querschnitt 7 erweitert.
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Für den Fachmann ist leicht ersichtlich, dass das Stützrohr 3 mit Ausnahme des Flansches 7 aus zwei identischen Einzelteilen hergestellt werden kann, die an ihren D-förmigen Querschnitten 9 beispielsweise durch Schweißen oder Kleben einfach und dauerhaft miteinander zu verbinden sind. Der Flansch 4 im Anschlussbereich 5 kann entweder durch einen Wechseleinsatz in der Spritzgussform für das Stützrohr 3 einteilig mit dem Stützrohr 3 oder als separates und mit dem Stützrohr 3 zu verbindendes Teil hergestellt werden.
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Der an den beiderseitigen kreisförmigen Querschnitten 7 des Stützrohres 3 beispielsweise mittels Schlauchschellen umfangsseitig befestigte Schlauch 1 liegt unter leichter Vorspannung an dem Stützrohr 3 an und erstreckt sich im Übergangsbereich 8 und im D-förmigen Querschnitt 9 anliegend über die gekrümmte Fläche 11 sowie die beiden Wulste 14 und ist damit beabstandet zu der abgeflachten Fläche 10. Die durch die Einströmöffnung 12 strömende Druckluft gelangt in einen Spalt 16 zwischen dem Stützrohr 3 und dem Schlauch 1, der sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Stützrohres 3 erstreckt und die Druckluft ohne nennenswerte Strömungs- bzw. Druckverluste über die perforierte Austrittsfläche verteilt.
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In alternativer Ausgestaltung gemäß den 5 bis 9 ist der Anschlussbereich 5 des Stützrohres 3 gegenüber dem zuvor beschriebenen geringfügig geändert, da kein Flansch 4 vorgesehen ist, wodurch die Fertigung des Stützrohres 3 vereinfacht ist. Zur strömungstechnischen Verbindung der Gasdurchtrittsöffnung 13 und damit auch der Einströmöffnung 12 des Stützrohres 3 mit dem Lüftungsrohr 2 ist ein Gasverteiler 17 vorgesehen, der auf gegenüberliegenden Seiten zwei Stützrohre 3 von Membran-Rohrbelüftern an dem im Querschnitt quadratischen Lüftungsrohr 2 befestigt. Der Gasverteiler 17 weist kreisförmige Anschlussquerschnitte 18 auf, die in jeweils eine Gasdurchtrittsöffnung 13 eines Stützrohres 3 eingesetzt und damit fest verbunden sind. Senkrecht zu den Längsachsen der Stützrohre 3 erstreckt sich ein über Schraubverbindungen 19 mit dem Gasverteiler 17 verbundener Klemmbügel 20, der den Gastverteiler 17 an dem Lüftungsrohr 2 festlegt. An dem Gasverteiler 17 ist ein Stutzen 21 vorgesehen, der in eine entsprechende Öffnung in einer Wandung des Lüftungsrohres 2 eingesetzt ist, um zum einen den Gasverteiler 17 und damit die beiden Membran-Rohrbelüfter in einer bestimmten Lage zu fixieren und zum anderen eine Luftströmung von dem Lüftungsrohr 2 durch den Gasverteiler 17, die Gasdurchtrittsöffnungen 13 und Einströmöffnungen 12 der beiden Stützrohre 3 sowie die Perforationen der mit dem Stützrohren 3 verbundenen Schläuche 1 in die Umgebung, vorzugsweise in ein befülltes Klärbecken, sicher zu stellen.
