DE102018001215A1

DE102018001215A1 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE102018001215A1
Application number: DE102018001215.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Arndt
Original assignee: ORPU PUMPENFABRIK GmbH
Current assignee: ORPU PUMPENFABRIK GmbH
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2019-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe als Bestandteil eines Vakuumabwassersystems zum Entleeren und Spülen von Toiletten, Urinalen etc. mit einer Sammelzulaufleitung, die an einen Zulauf (2) in ein Gehäuse (1) der Vakuumpumpe angeschlossen ist und innerhalb des Gehäuses bei Nichtbetrieb der Vakuumpumpe durch ein Klappenventil (12) verschlossen ist, mit einer Schneideinrichtung (4), die axial angeordnet ist und feste Stoffe im Abwasser zerkleinert, mit einer axial angeordneten Schraubenspindel (5), die bei Drehung einen für die Unterdruckerzeugung notwendigen Wasserring (6) ausbildet und durch Unterdruck das Abwasser ansaugt, mit einem Auslass (7) und mit einem Antriebsmotor (9) für die Schneideinrichtung (4) und die Schraubenspindel (5), wobei der Zulauf (2) innerhalb des Gehäuses (1) als rohrförmiger Kanal (10) weitergeführt ist und die Austrittsöffnung (11) aus dem Kanal (10) durch das Klappenventil (12), unterstützt durch die Schwerkraft oder einen Teil der Schwerkraft der Klappe (13) des Klappventils (12), verschließbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vakuumpumpe, wie sie zum Entleeren und Spülen von Toiletten oder Urinalen etc. in einem Vakuumabwassersystem von Schiffen, Flugzeugen und Zügen verwendet wird. Das Abwasser mit den Fäkalien wird durch die Vakuumpumpe über Sammelleitungen angesaugt, die festen Bestandteile des Abwassers werden in der Vakuumpumpe zerkleinert und dann das gesamte Abwasser einem Sammelbehälter zugeleitet. Die Vakuumpumpen arbeiten gewöhnlich nach dem Schraubenspindelprinzip.
Eine solche Vakuumpumpe, angeordnet in einem Vakuumabwassersystem mit mehreren Abwasserquellen ist u. a. aus der EP 0 454 794 B2 und der WO 2012/115 521 A1 bekannt.
Derartige Vakuumabwassersysteme arbeiten diskontinuierlich und werden erst bei Bedarf aktiviert, d. h. der Motor der Vakuumpumpe wird nur bei Bedarf eingeschaltet.
Damit das System dann funktioniert und die Vakuumpumpe einen Unterdruck erzeugen kann, ist es zweckmäßig bzw. notwendig, einen Unterdruck im System zu erhalten und ein bestimmtes Volumen an Wasser in der Vakuumpumpe vorzuhalten. Letzteres ist notwendig, um im Bereich der Schraubenspindel den für die Unterdruckerzeugung notwendigen Wasserring aufzubauen. Ist kein oder zu wenig Wasser in der Vakuumpumpe muss dieses nachgefüllt werden, was eines zusätzlichen Aufwandes bedarf.
Deshalb werden Ventile eingesetzt, die die Zuleitung zur Vakuumpumpe und ggf. auch den Ablauf aus der Vakuumpumpe bei Nichtbetrieb sperren.
Wie aus der zitierten EP 0 454 794 B2 und der WO 2012/115 521 A1 ersichtlich ist, ist die jeweils oben an der Vakuumpumpe angeordnete Zulaufleitung mit Zulaufstutzen innerhalb des Gehäuses durch ein Klappenventil, eine Gummiklappe, verschließbar. Diese Klappe hängt bei Zulauf von Abwasser in das Gehäuse hinein - behindert den Zulauf somit nicht - und wird beim Abschalten der Vakuumpumpe durch den Unterdruck im Zulaufsystem angesaugt, wenn die Gummiklappe nach dem Abschalten am Zulaufstutzen anliegt, so dass dieser abgedichtet wird.
Es hat sich nun gezeigt, dass insbesondere nach längeren Stillstandzeiten diese kostengünstige Form von Klappenventilen mit Gummiklappe in ihrer Funktion eingeschränkt sind, d. h. die notwendige Abdichtung des Zulaufstutzens wird nicht mehr erreicht, da sich die Gummiklappe durch die Schwerkraft nach unten durchbiegt und nicht mehr am Zulaufstutzen anliegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung eines Klappenventils einen sicheren Verschluss des Zulaufstutzens zur Vakuumpumpe auch nach längerer Betriebsdauer und längeren Stillstandzeiten zu gewährleisten, so dass auf regelmäßige Reparaturen und Austausche der Gummiklappen verzichtet werden kann. Gleichzeitig soll immer genügend Wasser in der Vakuumpumpe vorhanden sein, das der erforderliche Wasserring ohne das „Nachfüllen“ von Wasser in die Vakuumpumpe zum sicheren Anlaufen und schnellen Aufbau eines Unterdrucks vorhanden ist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einer Vakuumpumpe als Bestandteil eines Vakuumabwassersystems zum Entleeren und Spülen von Toiletten, Urinalen etc.

- mit einer Sammelzulaufleitung, die an einen Zulauf in ein Gehäuse der Vakuumpumpe angeschlossen ist und innerhalb des Gehäuses bei Nichtbetrieb der Vakuumpumpe durch ein Klappenventil verschlossen ist,
- mit einer Schneideinrichtung, die axial angeordnet ist und feste Stoffe im Abwasser zerkleinert,
- mit einer axial angeordneten Schraubenspindel, die bei Drehung einen für die Unterdruckerzeugung notwendigen Wasserring ausbildet und durch Unterdruck das Abwasser ansaugt,
- mit einem Auslass und
- mit einem Antriebsmotor für die Schneideinrichtung und die Schraubenspindel

Erfolgt der Zulauf in das Gehäuse von oben her, was üblich ist, befindet sich die Austrittsöffnung aus dem Kanal tiefer gelegen, wobei die Austrittsöffnung nach oben weist. Das bedeutet, dass der Kanal ein- oder beidseitig vorzugsweise über den halben Innenumfang des Gehäuses geführt ist.
Die Austrittsöffnung aus dem Kanal ist vorzugsweise beabstandet von der Schneideinrichtung angeordnet, wobei der Abstand (a)zwischen 70 und 110 mm liegen sollte. Dieser Abstand gewährleistet, dass das ankommende Abwasser so gemischt wird, dass es durch die Schneideinrichtung problemlos verarbeitbar ist.
Dabei hat es sich bewährt, auf der Achse der Schneideinrichtung und der Schraubenspindel ein die Schneideinrichtung in Richtung Gehäuse überragenden Verteiler zum Vermischen der Feststoffe im Abwasser einzusetzen. Der Verteiler weist bei einer bevorzugten Ausführung einen Kopf von der Form einer quadratischen Pyramide auf.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Klappe und/oder der Rand der Austrittsöffnung mit einer Dichtung versehen sind. Da der Kanal und das Gehäuse als ein Gussstück gefertigt sind, werden durch diese Maßnahme auch Rauigkeiten aus der Gussherstellung ausgeglichen.
Die Befestigung der Klappe erfolgt bevorzugt am Gehäuse, im Bereich eines Sichtfenster, die den Zugang zu dieser Befestigungsstelle auf einfache Weise gewährleistet. Durch eine Befestigung auf einer geneigten Gehäuseinnenfläche wird die Wirkung der Schwerkraft beim Verschluss optimal gewährleistet und das Einströmen des Abwassers in das Gehäuse am wenigsten behindert.
Die Klappe weist vorzugsweise einen Neigungswinkel α zur Achse der Schneideinrichtung und der Schraubenspindel auf, wobei dieser Winkel α im Bereich von 20° - 60° liegen sollte. Diesem Neigungswinkel α weist auch die geneigte Gehäuseinnenfläche für die Befestigung auf.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Vakuumpumpe, wie sie bei Vakuumabwassersystem zum Entleeren von Toiletten auf Schiffen verwendet werden, ist in der 1 dargestellt. Die Achse 3 liegt bei dieser Ausführung in der Waagerechten. Der Zulauf und der Auslass erfolgen von bzw. nach oben.
Die dargestellte Vakuumpumpe gliedert sich in drei Abschnitte:

- ein Gehäuse 1 mit dem oben angeordnetem Zulauf 2 für das Abwasser aus einer oder mehreren Toiletten etc.,
- dem eigentlichen Pumpengehäuse, in dem auf einer Achse 3 eine Schneideinrichtung 4 und eine Schraubenspindel 5 angeordnet sind, und das nach oben den Auslass 7 aufweist und
- einen Motor 9, der die Achse 3 antreibt, wobei sich bei laufendem Motor im Pumpengehäuse ein Wasserring 6 ausbildet, der für die Erzeugung des Unterdruckes ursächlich ist.

Beim Stand der Technik ist der Zulauf 2 als Stutzen ausgeführt, der gleich nach dem Eintritt in das Gehäuse 1 endet und durch eine Klappe 13 verschlossen werden soll, die nur durch die Druckverhältnisse und die Eigenspannung der Klappe (Material) im System steuerbar ist.
Im Gegensatz dazu wird der Zulauf 2 als rohrförmiger Kanal 10 im Gehäuse 1 weitergeführt, hier über den halben inneren Umfang des Gehäuses 1, so dass sich die Austrittsöffnung 11 etwa gegenüberliegend vom Zulauf 2 befindet - unten im Gehäuse 1. Die Austrittsöffnung 11 liegt nicht parallel zur Achse 3, sondern unter einen Winkel α von hier 22°.
Ferner befindet sich die Austrittsöffnung 11 aus dem Kanal 10 unterhalb der Achse 3 der Schneideinrichtung 4 und der Schraubenspindel 5, hier mit einem seitlichen Abstand (a) zur Schneideinrichtung 4 von rund 90 mm, um ein gutes Durchmischen des Abwassers vor der Schneideinrichtung 4 zu erreichen. Dieses Durchmischen wird durch einen auf der Achse 3 der Schneideinrichtung 4 und der Schraubenspindel 5 angeordneten, einen die Schneideinrichtung 4 in Richtung Gehäuse 1 überragenden Verteiler 15 unterstützt. Dabei hat der Verteiler 15 einen Kopf von der Form einer quadratischen Pyramide.
Wird, wie gezeigt, über der Austrittsöffnung 11 ein Klappenventil 12 mit der Klappe 13 angeordnet, verschließt die Klappe 13 die Austrittsöffnung 11 nicht nur durch die Druckverhältnisse im System, sondern zusätzlich wirkt ein Teil der Schwerkraft der Klappe 13 und bei einem entsprechenden Wasserstand im Gehäuse 1 auch noch Wasser auf die Klappe 13, so dass diese bei Nichtbetrieb sicher verschlossen ist. Zusätzlich ist die Klappe 13 und/oder der Rand der Austrittsöffnung 11 mit einer Dichtung 14 versehen.
Die Klappe 13 ist seitlich der Austrittsöffnung 11 am Gehäuse 1 befestigt, so dass die Befestigungsstelle bei entferntem Sichtfenster 16 gut zugänglich ist.
Durch das Halten eines Wasserstandes in der Vakuumpumpe werden neben der Vakuumausbildung auch die Gleitdichtungen 8 der Achse 3 gehalten, so dass ein Trockenlauf und damit eine Beschädigung der Gleiteinrichtungen 8 vermieden wird.
Mit der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe wird somit ein stabiler Betrieb des Vakuumabwassersystems gewährleistet.
Die Vakuumpumpe ist ferner so ausgelegt, dass sie ohne größere Umstellungen in vorhandene Abwassersysteme übernehmbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse für Zulauf
2: Zulauf
3: Achse
4: Schneideinrichtung
5: Schraubenspindel
6: Wasserring
7: Auslass
8: Gleitdichtung
9: Antriebsmotor
10: Kanal
11: Austrittsöffnung
12: Klappenventil
13: Klappe
14: Dichtung
15: Verteiler
16: Sichtfenster

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0454794 B2 [0002, 0006]
WO 2012/115521 A1 [0002, 0006]

Claims

Vakuumpumpe als Bestandteil eines Vakuumabwassersystems zum Entleeren und Spülen von Toiletten, Urinalen etc. - mit einer Sammelzulaufleitung, die an einen Zulauf (2) in ein Gehäuse (1) der Vakuumpumpe angeschlossen ist und innerhalb des Gehäuses bei Nichtbetrieb der Vakuumpumpe durch ein Klappenventil (12) verschlossen ist, - mit einer Schneideinrichtung (4), die axial angeordnet ist und feste Stoffe im Abwasser zerkleinert, - mit einer axial angeordneten Schraubenspindel (5), die bei Drehung einen für die Unterdruckerzeugung notwendigen Wasserring (6) ausbildet und durch Unterdruck das Abwasser ansaugt, - mit einem Auslass (7) und - mit einem Antriebsmotor (9) für die Schneideinrichtung (4) und die Schraubenspindel (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (2) innerhalb des Gehäuses (1) als rohrförmiger Kanal (10) weitergeführt ist und die Austrittsöffnung (11) aus dem Kanal (10) durch das Klappenventil (12), unterstützt durch die Schwerkraft oder einen Teil der Schwerkraft der Klappe (13) des Klappventils (12), verschließbar ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (2) in das Gehäuse (1) von oben her angeordnet ist und die Austrittsöffnung (11) aus dem Kanal (10) tiefer gelegen im Gehäuse (1), wobei die Austrittsöffnung (11) nach oben weist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (11) aus dem Kanal (10) beabstandet von der Schneideinrichtung (4) angeordnet ist, vorzugsweise mit einem Abstand (a) zwischen 70 und 110 mm und insbesondere größer 85 mm.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (13) und/oder der Rand der Austrittsöffnung (11) mit einer Dichtung (14) versehen sind.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (13) seitlich und/oder oberhalb der Austrittsöffnung (11) am Gehäuse (1) befestigt ist auf einer Achse (3) der Schneideinrichtung (4) und der Schraubenspindel (5) geneigten Gehäuseinnenfläche.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe einen Neigungswinkel (α) zur Achse (3) der Schneideinrichtung (4) und der Schraubenspindel (5) aufweist, vorzugsweise im Bereich von 20° - 60°.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) und das Gehäuse (1) als ein Gussstück gefertigt sind.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) ein- oder beidseitig über den halben Innenumfang des Gehäuses (1) geführt ist.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Achse (3) der Schneideinrichtung (4) und der Schraubenspindel (5), ein die Schneideinrichtung (4) in Richtung Gehäuse (1) überragender Verteiler (15) zum Vermischen der Feststoffe im Abwasser angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (15) einen Kopf von der Form einer quadratischen Pyramide aufweist.