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Die Erfindung betrifft eine Wasserversorgungsanlage für eine Sanitärzelle eines Schienenfahrzeugs, welche einen Wasserbehälter zur Speicherung von Wasser, eine Wasserabgabeeinrichtung zur Abgabe von Wasser und eine Wasserleitung zwischen dem Wasserbehälter und der Wasserabgabeeinrichtung zur Leitung von Wasser aus dem Wasserbehälter zur Wasserabgabeeinrichtung umfasst.
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Sanitärzellen, auch Nasszellen genannt, sind in Schienenfahrzeugen meist in Einzel- oder Doppelanordnung verbaut. Eine Sanitärzelle umfasst üblicherweise eine Toilette und ein Handwaschbecken. Zur Versorgung des Handwaschbeckens mit Wasser ist wenigstens ein Wasserbehälter vorgesehen, beispielsweise ein Frischwassertank. Durch Wasserleitungen fließt das Wasser vom Wasserbehälter zu einem Wasserauslass und ins Handwaschbecken. Vor dem Wasserauslass ist ein elektrisch betätigtes Absperrventil, meist ein Magnetventil, in der Wasserleitung angeordnet, um den Wasserfluss zu unterbrechen.
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Bei einer sogenannten Fallwasseranlage wird das Wasser aus dem Wasserbehälter durch hydrostatischen Druck zum Auslass transportiert. Darüber hinaus kann Wasser aus dem Wasserbehälter durch einen Frostentleerungsauslass aus dem Schienenfahrzeug hinaus geleitet werden, welcher Frostentleerungsauslass ebenfalls mit einem Absperrventil versehen ist. Geregelt wird die Entnahme von Wasser durch das Öffnen und Schließen der Absperrventile. Der Durchfluss hängt dabei wesentlich von den Höhendifferenzen und vom Füllstand im Wassertank ab.
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Ist der Höhenunterschied zwischen Wasserbehälter und Wasserauslass zu gering oder erfordert der Rohrverlauf ein Anheben des Wassers auf ein vorgegebenes Niveau, wird das Wasser in der Wasserleitung durch eine zentrale Pumpe zu den Auslässen gefördert. Sind mehrere Sanitärzellen, beispielsweise eine Doppelnasszelle, pro Wagenkasten vorhanden, ist dennoch jeweils nur eine zentrale Pumpe vorgesehen, welche das Wasser zu den einzelnen Auslässen der Sanitärzellen fördert. Zum Frostentleerungsauslass fließt das Wasser meist schwerkraftbedingt. Der Durchfluss aus den Auslässen hängt maßgeblich von der Förderleistung der zentralen Pumpe ab. Um den benötigten Durchfluss einzustellen sind an manchen Stellen Blenden oder Drosseln eingesetzt.
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Für eine hohe Verfügbarkeit der Sanitärzellen fördert die zentrale Pumpe Wasser zu den Auslässen, wo es gegen die Absperrventile drückt. Die zentrale Pumpe und die Absperrventile unterliegen stets der Wartung, können im Betrieb ausfallen oder beschädigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wasserversorgungsanlage für Sanitärzellen eines Schienenfahrzeugs vorzuschlagen, welche geringe Wartungskosten bei einer gleichzeitig hohen Verfügbarkeit verursacht.
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Gelöst wird die Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche wieder.
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Eine erfindungsgemäße Wasserversorgungsanlage für wenigstens eine Sanitärzelle eines Schienenfahrzeugs umfasst wenigstens einen Wasserbehälter zur Speicherung von Wasser, wenigstens eine Wasserabgabeeinrichtung zur Abgabe von Wasser und wenigstens eine Wasserleitung zwischen dem wenigstens einen Wasserbehälter und der wenigstens einen Wasserbehälter Wasserabgabeeinrichtung zur Leitung von Wasser aus dem wenigstens einen Wasserbehälter zur wenigstens einen Wasserabgabeeinrichtung, wobei die wenigstens eine Wasserabgabeeinrichtung wenigstens eine Wasserfördereinrichtung zur Förderung von Wasser aus der wenigstens einen Wasserleitung durch die wenigstens eine Wasserabgabeeinrichtung umfasst und wobei die wenigstens eine Wasserabgabeeinrichtung selbst und die wenigstens eine Wasserleitung zwischen dem wenigstens einen Wasserbehälter und der wenigstens einen Wasserabgabeeinrichtung frei von einem Absperrorgan zum Verschließen der wenigstens einen Wasserleitung sind.
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Die Wasserversorgungsanlage umfasst gemäß einer Ausführungsform genau einen Wasserbehälter und eine oder mehrere Wasserabgabeeinrichtungen und jeweils eine Wasserleitung zwischen dem Wasserbehälter und jeweils einer Wasserabgabeeinrichtung. Die Wasserabgabeeinrichtungen sind geeignet ausgebildet zur Abgabe von Wasser aus dem Wasserbehälter und dazu über die Wasserleitungen mit dem wenigstens einen Wasserbehälter verbunden.
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Insbesondere jede Wasserabgabeeinrichtung der Wasserversorgungsanlage umfasst genau eine Wasserfördereinrichtung. Sind mehrere Wasserleitungen an eine Wasserabgabeeinrichtung angeschlossen, beispielsweise eine warm- und eine kaltwasserführende Leitung, kann für jede Leitungen genau eine Wasserfördereinrichtung vorgesehen sein.
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Jede Wasserfördereinrichtung umfasst wenigstens einen Auslass, durch welchen Wasser an die Umwelt abgegeben wird, und jede Wasserfördereinrichtung ist insbesondere geeignet ausgebildet zur Förderung von Wasser aus dem Wasserbehälter durch die Wasserleitung und durch die Wasserabgabeeinrichtung bis zu dem wenigstens einen Auslass der Wasserabgabeeinrichtung, durch welchen das Wasser an die Umwelt abgegeben wird.
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Im Wasserbehälter wird insbesondere Frischwasser gespeichert. Die Wasserabgabeeinrichtung ist dann insbesondere einem Handwaschbecken zugeordnet.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind sämtliche Wasserleitungen der Wasserversorgungsanlage frei von Absperrorganen. Absperrorgane, wie beispielsweise Absperrventile, sind geeignet ausgebildet den Fluss von einem Fluid durch eine Leitung, hier den Fluss des Wassers aus dem Wasserbehälter durch eine Wasserleitung frei zu geben und zu unterbrechen. Dazu verschließen sie die Wasserleitung in einer geschlossenen Stellung oder geben sie frei, in einer geöffneten Stellung. Gelegentlich sind sie auch geeignet, den Fluss des Wassers zu begrenzen, indem sie nur teilweise geöffnet sind. Als stellvertretendes Beispiel für ein Absperrorgan seien hier elektrisch betätigbare Magnetventile genannt.
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Die Wasserfördereinrichtung ist weitergebildet im Bereich des Auslasses der Wasserabgabeeinrichtung angeordnet, insbesondere möglichst nahe am Auslass der Wasserabgabeeinrichtung. Die Wasserleitung mündet in die Wasserabgabeeinrichtung. Bis zum Auslass wird das Wasser jedoch ebenfalls durch eine Leitung der Wasserabgabeeinrichtung geführt. Der Auslass bildet die Mündung dieser Leitung. Je weiter die Wasserfördereinrichtung in Richtung des Auslasses platziert ist, desto geringer ist der Fluss des durch den Auslass ausfließenden Wassers nach einem Ende der Wasserförderung durch die Wasserfördereinrichtung.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Wasserleitung zwischen dem Wasserbehälter und der Wasserabgabeeinrichtung frei von einer weiteren Wasserfördereinrichtung ist. Neben der Wasserfördereinrichtung der Wasserabgabeeinrichtung ist keine Wasserfördereinrichtung in der Wasserleitung zwischen dem Wasserbehälter und der Wasserabgabeeinrichtung vorgesehen. Auf eine zentrale Pumpe wird verzichtet. Ebenso könnte auf einen Frostentleerungsausgang verzichtet werden.
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Die Wasserversorgungsanlage könnte frei von einem zentralen Frostentleerungsauslass sein, über welchen der Wasserbehälter und die Wasserleitungen bei Bedarf vollständig entleerbar sind. Der Wasserbehälter und die Wasserleitungen sind bei Bedarf über eine oder mehrere der Wasserabgabeeinrichtungen vollständig entleerbar.
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Im Sinne der Erfindung muss ein Frostentleerungsauslass jedoch nicht ersetzt werden, sondern die Frostentleerung wird durch die Wasserfördereinrichtungen der Wasserabgabeeinrichtungen ergänzt bzw. unterstützt. Zur Frostentleerung können alle Wasserfördereinrichtungen der Wasserabgabeeinrichtungen gleichzeitig in Betrieb sein. Eine Frostentleerungsleitung bzw. ein Frostentleerungsauslass ist zum Teil durch Normen zwingend vorgeschrieben.
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Die Frostentleerungsleitung kann jedoch zwischen dem Wasserbehälter und dem Auslass der Frostentleerungsleitung frei von einem Absperrorgan zum Verschließen der Frostentleerungsleitung sein. Dagegen ist eine Wasserfördereinrichtung zur Förderung von Wasser aus der Frostentleerungsleitung durch den Auslass der Frostentleerungsleitung anstelle des üblichen Frostentleerungsventils vorgesehen. Die Frostentleerungsleitung gilt dabei als Wasserleitung im Sinne der Erfindung.
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Weitergebildet ist die Wasserfördereinrichtung als selbstdichtende Pumpe ausgebildet, z.B. als Drehkolbenpumpe, als Kreiskolbenpumpe, als Zahnradpumpe, als Exzenterschneckenpumpe, als Impellerpumpe, als Kreiselpumpe oder als Schlauchpumpe.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Wasserfördereinrichtung selbstansaugend ausgebildet ist, so dass durch sie ein Unterdruck in der Wasserleitung zwischen dem Wasserbehälter und der Wasserfördereinrichtung herstellbar ist. Die Wasserfördereinrichtung erzeugt stromabwärts einen Überdruck oder sie beschleunigt das Wasser in Fließrichtung. Hier ist sie zudem noch so ausgebildet, dass sie stromaufwärts einen Unterdruck in der Wasserleitung zwischen dem Wasserbehälter und sich selbst erzeugt und somit ebenfalls zur Beschleunigung des Wassers, ausgehend vom Wasserbehälter bis zum Auslass beiträgt.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist die Wasserfördereinrichtung so ausgebildet ist, dass sie eine Förderleitung von höchstens 10 Liter pro Minute, insbesondere von höchstens 5 Liter pro Minute aufweist. Gleichermaßen weist sie eine Förderleitung von mindestens 1 Liter pro Minute, insbesondere von mindestens 2 Liter pro Minute auf. Dadurch lässt sich die Wasserfördereinrichtung klein halten im Vergleich zu einer zentralen Pumpe. Dadurch wiederum lässt sich die Wasserfördereinrichtung nahe am Auslass der Wasserabgabeeinrichtung platzieren. Der Bauraum in der Nähe des Auslasses ist meist stark begrenzt. Der Abschnitt der Wasserleitung hinter der Wasserfördereinrichtung bis zum Auslass kann leer laufen. Diese Strecke ist daher recht kurz zu halten. Zum Vergleich könnte eine Wasserfördereinrichtung zur Förderung von Wasser aus der Frostentleerungsleitung durch den Auslass der Frostentleerungsleitung eine Förderleitung von bis zu 60 Liter pro Minute aufweisen.
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Gemäß der Erfindung entfallen im Vergleich zum Stand der Technik sowohl die zentrale Pumpe als auch die elektrisch betätigten Absperrventile. An die Stelle der Absperrventile werden kleine Wasserfördereinrichtungen angeordnet, welche das Wasser aus dem Wassertank bis zum und durch den Auslass der Wasserabgabeeinrichtungen pumpen. Sie ermöglichen einen Wasserfluss nur, wenn sie mit Strom versorgt werden. Ansonsten dichten sie die Wasserleitungen ab. Die Wasserfördereinrichtungen übernehmen die Aufgaben der zentrale Pumpe sowie der elektrisch betätigten Absperrventile aus dem Stand der Technik. Es müssen nur noch die Wasserfördereinrichtungen gewartet werden. Diese sind bei einem Ausfall kostengünstig zu ersetzen. Bei einem Ausfall ist nur der jeweilige Auslass betroffen. Bei einer Nutzung von zwei Nasszellen in einem Wagen eines Schienenfahrzeugs ist dann die andere Sanitärzelle noch im Betrieb.
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Die Verringerung der Anzahl der Komponenten der Wasserversorgungsanlage führt daher zu einer Vereinfachung der Wasserversorgungsanlage und zu einer Senkung der Anschaffungs- und Wartungskosten.
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Darüber hinaus kann die Wasserfördereinrichtung derart ausgebildet sein, dass sie nach einer Anlaufphase eine näherungsweise konstante Förderleistung aufweist. Dadurch lässt sich ein kontinuierlicher Wasserfluss durch die Wasserabgabeeinrichtung herstellen. Dadurch lässt sich gegebenenfalls die Dauer der Frostentleerung herabsetzen.
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Eine weiter weitergebildete Wasserversorgungsanlage, insbesondere die Wasserabgabeeinrichtung im Bereich des Auslasses der Wasserabgabeeinrichtung der Wasserversorgungsanlage, ist frei von einem Absperrorgan zum Verschließen des Auslasses und/oder frei von einer weiteren Wasserfördereinrichtung. Zwischen dem Wasserbehälter und dem Auslass ist ausschließlich die eine Wasserfördereinrichtung angeordnet und zwischen dem Wasserbehälter und dem Auslass ist kein Absperrorgan angeordnet.
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Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug umfasst wenigstens eine Sanitärzelle und wenigstens eine erfindungsgemäße Wasserversorgungsanlage.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausgestaltungsbeispiel dargestellt ist. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine Wasserversorgungsanlage des Stands der Technik in einer ersten Ausgestaltung,
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2 zeigt schematisch eine Wasserversorgungsanlage des Stands der Technik in einer zweiten Ausgestaltung,
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3 zeigt schematisch eine Wasserversorgungsanlage des Stands der Technik in einer dritten Ausgestaltung,
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3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Wasserversorgungsanlage in einer ersten Ausgestaltung,
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5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Wasserversorgungsanlage in einer zweiten Ausgestaltung.
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In 1 ist eine Fallwasseranlage zur Versorgung eines Waschbeckens und einer Toilette einer Sanitärzelle eines Schienenfahrzeugs schematisch dargestellt. Frischwasser wird in einem Wasserbehälter 1 gespeichert und einem Waschbecken 5 und einer Toilette 7 über Wasserleitungen 2 zugeführt. Eine Wasserabgabeeinrichtung 4 mit einem Auslass über dem Waschbecken 5 umfasst ein Absperrventil 3 zur Steuerung des Wasserflusses durch den Auslass. Das Absperrventil 3 ist elektrisch betätigbar. Der Pfeil deutet die gewichtskraftbedingte, natürliche Flussrichtung des Wassers aus dem Wasserbehälter 1 durch die Wasserleitungen 2 an. Ist das Absperrventil 3 geschlossen, fließt kein Wasser durch das Absperrventil 3. Wird das Absperrventil 3 nun geöffnet, strömt das Wasser aus dem Wasserbehälter 1 durch die Wasserleitungen 2 und durch das Absperrventil 3 bis zum Auslass und wird dort an die Umwelt abgegeben. Nach dem erneuten Schließen des Absperrventils 3 wird der Wasserfluss unterbrochen und nur noch das Wasser in der Wasserleitung 2 zwischen dem Absperrventil 3 und dem Auslass wird gegebenenfalls abgegeben. Nicht gezeichnet ist eine Frostentleerungsleitung mit einem die Frostentleerungsleitung verschließenden Frostentleerungsventil.
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2 veranschaulicht eine Wasserversorgungsanlage des Stands der Technik mit einer Pumpenförderung des Wassers aus dem Wasserbehälter 1 durch die Wasserleitungen 2 bis zum Auslass der Wasserabgabeeinrichtung 4 oberhalb des Waschbeckens 5. Dazu umfasst die Wasserversorgungsanlage eine zentrale Pumpe 6. Eine Frostentleerungsleitung mit einem die Frostentleerungsleitung verschließenden Frostentleerungsventil würde, wie die Toilette in diesem Beispiel, mit Fallwasser betrieben.
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Auch in 3 ist eine Wasserversorgungsanlage des Stands der Technik mit einer Pumpenförderung skizziert. Hier werden zwei Waschbecken 5 mit Wasser aus einem einzigen Wasserbehälter 1 versorgt. Dazu ist der Wasserbehälter 1 über Wasserleitungen 2 mit zwei Wasserabgabeeinrichtungen 4 mit jeweils einem Auslass über jeweils einem der beiden Waschbecken 5 verbunden. Da der Leitungsverlauf eine schwerkraftbetriebene Versorgung der Wasserabgabeeinrichtungen 4 mit Wasser aus dem Wasserbehälter 1 nicht erlaubt, ist auch hier eine zentrale Pumpe 6 vor einer Leitungsverzweigung angeordnet, in welcher sich die Wasserströme zu den beiden Waschbecken 5 aufgeteilt werden.
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Jede der beiden Wasserabgabeeinrichtungen 4 umfasst ein vom Benutzer des Waschbeckens betätigbares Absperrventil 3 zur individuellen Abgabe von Wasser. Damit stets Wasser abgegeben werden kann, ist die zentrale Pumpe 6 ständig in Betrieb oder sie wird über einen Druckschalter geregelt. Sie versucht Wasser zu fördern und hält somit einen vorgegebenen Wasserdruck stromabwärts der zentralen Pumpe 6 ist den Wasserleitungen 2. Das Wasser wird durch die geschlossenen Absperrventile 3 zurückgehalten, welche ihrerseits dem Wasserdruck ausgesetzt sind. Dadurch unterliegen sowohl die zentrale Pumpe 6, als auch die Absperrventile 3 erhöhten Ausfallrisiken.
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Unterhalb des Wasserbehälters 1 ist ein Frostentleerungsventil 8 vorgesehen. Wird dieses geöffnet, läuft der Wasserbehälter 1 leer.
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In 4 ist eine erfindungsgemäße Wasserversorgungsanlage einer Sanitärzelle eines Schienenfahrzeugs schematisch dargestellt. Sie umfasst einen Wasserbehälter 1 zur Speicherung von Wasser, eine Wasserabgabeeinrichtung 4 mit einem Auslass zur Abgabe von Wasser an die Umwelt und eine Wasserleitung 2 zwischen dem Wasserbehälter 1 und dem Auslass der Wasserabgabeeinrichtung 4 zur Leitung von Wasser aus dem Wasserbehälter 1 zum Auslass der Wasserabgabeeinrichtung 4. Darüber hinaus umfasst die Wasserabgabeeinrichtung 4 eine Wasserfördereinrichtung 9 zur Förderung von Wasser aus der Wasserleitung 2 durch den Auslass der Wasserabgabeeinrichtung 4. Die Wasserleitung 2 zwischen dem Wasserbehälter 1 und dem Auslass der Wasserabgabeeinrichtung 4 ist frei von einem Absperrorgan zum Verschließen der Wasserleitung 2. Die Wasserleitung 2 zwischen dem Wasserbehälter 1 und dem Auslass der Wasserabgabeeinrichtung 4 ist hier auch frei von einer weiteren Wasserfördereinrichtung.
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Die Wasserfördereinrichtung 9 ist vorteilhaft im Bereich des Auslasses der Wasserabgabeeinrichtung 4 angeordnet. Der Auslass der Wasserabgabeeinrichtung 4 ist bevorzugt frei von einem Absperrorgan zum Verschließen des Auslasses.
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Hier handelt es sich bei der Wasserfördereinrichtung 9 um eine Schraubenpumpe. Die Schraubenpumpe umfasst zwei gegenläufige Rotoren und ein Gehäuse, welches die Rotoren umschließt. Die Rotoren haben eine gewindeförmige Profilierung und greifen zahnradartig ineinander. Hohlräume zwischen dem Gehäuse und den Rotoren werden als Förderräume genutzt. Durch die Umdrehung der Rotoren wird das Fördermedium, hier das Wasser, vom Einlass der Schraubenpumpe bis zu ihrem Auslass gepumpt.
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Im Vergleich zum Stand der Technik gemäß 2 entfallen sowohl die zentrale Pumpe als auch die elektrisch betätigten Absperrventile. An die Stelle der Absperrventile werden kleine Wasserfördereinrichtungen 9 angeordnet, welche das Wasser aus dem Wasserbehälter 1 bis zum und durch den Auslass der Wasserabgabeeinrichtung 4 pumpen. Sie sind selbstdichtend ausgebildet. Eine Frostentleerungsleitung sowie eine Toilette könnten hier Fallwasserbetrieben ausgebildet sein.
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5 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Wasserversorgungsanlage mit zwei Sanitärzellen, analog zur 3. Auch hier sind die die zentrale Pumpe sowie die Absperrventile durch die Wasserfördereinrichtungen 9 ersetzt. Hier ist in einer Frostentleerungsleitung 10 eine ebenfalls selbstdichtende Wasserfördereinrichtung 11 angeordnet.
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Gleichermaßen ersetzt die Wasserfördereinrichtung 11 das Frostentleerungsventil 8 aus 3. Die Wasserfördereinrichtung 11 erfüllt die gleichen Funktionen wie die Wasserfördereinrichtungen 9. Auch die Frostentleerungsleitung 10 erfüllt die gleichen Funktionen wie die Wasserleitungen 2.
