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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Entleerungseinrichtung umfassend eine Flüssigkeitsleitung zur Abgabe von Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsbehälter, welche nach dem Heberprinzip im Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs.
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In Schienenfahrzeugen für Nah- und Fernverkehr werden Sanitärzellen und Bordküchen, sogenannte Galleys, eingebaut. Das Frischwasser wird in entsprechenden Frischwasserbehältern gespeichert, die oft im Dachbereich des Fahrzeugs oder unterflur angebracht sind.
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In Schienenfahrzeugen muss beaim Abstellen des Fahrzeuges ohne Energieversorgung eine vollständige Entleerung der Wasseranlage und des Frischwasserbehälters durchgeführt werden. Je nach Witterung ist dies zur Vermeidung von Frostschäden oder für die Wasserhygiene und damit eine Reduzierung des Bakterienwachstums notwendig.
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Eine Normanforderung betrifft dabei eine vorgegebene Entleerungsgeschwindigkeit, was hohe Anforderungen an die Entleerungsleitung nach sich zieht.
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Entleerungsleitungen weisen herkömmlicherweise Hand- oder Magnetventile, die bei Bedarf geöffnet werden, so dass sich der Behälter über die Entleerungsleitung entleert. Die Ventile bilden jedoch oft die Engstellen der Entleerungsleitung, die den Durchfluss begrenzen. Für einen hohen Durchfluss muss entsprechend ein großer Leitungsquerschnitt mit großen Ventilen gewählt werden.
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Die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2015 002 424 U1 lehrt den Einsatz einer zusätzlichen Fördereinrichtung zur Erhöhung des Durchflusses.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2015 205 825 A1 betrifft eine beschleunigte Behälterentleerung nach dem Heberprinzip gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Zum Start des Entleerungsvorganges wird der Wasserspiegel mittels eines Ejektors über einen höchsten Punkt angesaugt und fließt dann schwerkraftgetrieben allein aus dem Fahrzeug.
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Da das dort beschriebene System schwerkraftgetrieben ohne eine Pumpe oder ein Ventil arbeitet, kann der einmal gestartete Entleerungsvorgang nicht abgebrochen werden. Wird jedoch ein Absperrventil in die Leitung eingesetzt, wird wiederum eine Begrenzung des Durchflusses bewirkt, die gerade durch das Benutzen des Ejektors vermieden werden sollte. Wird aber die Entleerung versehentlich gestartet, läuft der Tank unweigerlich leer, egal wo das Fahrzeug sich gerade befindet. Im Betrieb auf der Strecke kann es nicht gewünscht sein, wenn sich mehrere hundert Liter Wasser auf die Strecke ergießen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entleerung eines Behälters eines Schienenfahrzeugs weiter zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche wieder.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs, weist wenigstens eine Entleerungseinrichtung auf. Diese umfasst ihrerseits eine Flüssigkeitsleitung zur Abgabe von Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsbehälter, welche nach dem Heberprinzip so im Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist, dass sie in einer vorgegebener Ruhelage des Flüssigkeitsbehälters mit einem ersten Ende unterhalb eines vorgegebenen Flüssigkeitsspiegels endet und, dass sie mit einem zweiten Ende unterhalb des ersten Endes endet, wobei sie zumindest in einem Scheitelpunkt über den vorgegebenen Flüssigkeitsspiegel geführt ist. Die Entleerungseinrichtung umfasst fürderhin eine Fördereinrichtung zur Förderung von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter durch die Flüssigkeitsleitung, welche geeignet ausgebildet und angeordnet ist, um Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter durch die Flüssigkeitsleitung vom ersten Ende zumindest bis zum Scheitelpunkt der Flüssigkeitsleitung zu fördern. Beim Flüssigkeitsbehälter handelt es sich insbesondere um einen Frischwasserbehälter.
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Darüber hinaus weist die Flüssigkeitsleitung zwischen ihrem ersten Ende und ihrem zweiten Ende eine Öffnung zur Zuführung von Luft zur Flüssigkeitsleitung auf, sowie ein sich daran unmittelbar oder, beispielsweise über eine Luftleitung, mittelbar anschließendes Ventil zur Steuerung der Zuführung von Luft zur Flüssigkeitsleitung durch die Öffnung.
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Das Ventil ist entsprechend zur Steuerung der Zuführung von Luft zur Flüssigkeitsleitung durch die Öffnung geeignet ausgebildet und zur Flüssigkeitsleitung angeordnet. Es ist insbesondere an die Öffnung der Flüssigkeitsleitung mittelbar oder unmittelbar angeschlossen.
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Das System aus der
DE 10 2015 205 825 A1 wird somit weiterentwickelt und damit das beschriebene Problem gelöst, indem in der Leitung an geeigneter Stelle eine Belüftungsventilmöglichkeit vorgesehen wird, welche bei notwendiger Unterbrechung Luft in das System einströmen lässt. Dadurch reißt die Wassersäule ab und die Entleerung wird unterbrochen.
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Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung weist der Flüssigkeitsbehälter eine Tankbelüftung auf, durch welche Luft aus der Umgebung des Flüssigkeitsbehälters angesaugt werden kann. Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass die Fördereinrichtung einen Ejektor umfasst. Die Fördereinrichtung zur Förderung von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter durch die Flüssigkeitsleitung ist insbesondere unterhalb des Scheitelpunkts der Flüssigkeitsleitung angeordnet und geeignet ausgebildet ist, einen ausreichenden Unterdruck in der Flüssigkeitsleitung zu erzeugen, um die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter durch die Flüssigkeitsleitung vom ersten Ende bis zur Fördereinrichtung zu fördern.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist das Ventil zumindest teilweise komplementär zur Öffnung und insbesondere auch zu einer Innenwand der Flüssigkeitsleitung im Bereich um die Öffnung ausgebildet und so zur Flüssigkeitsleitung angeordnet, dass es in einem geschlossenen Zustand die Öffnung verschließt und insbesondere in einem offenen Zustand die Öffnung zum Durchtritt von Luft frei gibt. Die Öffnung ist also verschließbar.
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Das Ventil schließt sich insbesondere von außen unmittelbar an die Flüssigkeitsleitung an. Es weist keine Bauteile auf, die in die Flüssigkeitsleitung ragen. Die Öffnung der Flüssigkeitsleitung ist vorteilhaft frei zum Durchtritt von Luft, zumindest bei geöffnetem Ventil.
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Weitergebildet ist die Flüssigkeitsleitung zwischen ihrem ersten Ende und ihrem zweiten Ende frei von beweglichen Bauteilen, die zumindest teilweise in der Flüssigkeitsleitung angeordnet sind. Sie ist insbesondere frei von Ventilen oder Bauteilen von Ventilen, die zumindest teilweise in der Flüssigkeitsleitung angeordnet sind. Weitergebildet ist das zweite Ende der Flüssigkeitsleitung ein freies Ende.
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Weitergebildet ist die Öffnung und gegebenenfalls auch das Ventil im Bereich des Scheitelpunkts der Flüssigkeitsleitung angeordnet. Darüber hinaus kann die Öffnung auf einer vom Schwerefeld entfernten Seite der Flüssigkeitsleitung angeordnet sein. Vorteilhaft ist die Öffnung auf einer oberen Seite der Flüssigkeitsleitung im Scheitelpunkt der Flüssigkeitsleitung angeordnet.
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Eine Unterbrechung der Entleerung des Flüssigkeitsbehälters erfordert einen steuerbaren Zufluss von Luft an geeigneter Position in die Flüssigkeitsleitung. Dies kann beispielsweise mittels eines Ventils am höchsten Punkt des Leitungssystems erfolgen, welches die Umgebungsluft in die Leitung einströmen lässt. Vorstellbar ist aber auch ein Druckluftzugang.
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Zueinander alternative Weiterbildungen bestehen somit einerseits darin, dass die Öffnung zumindest mittelbar, beispielsweise über das Ventil und/oder über eine Luftleitung, mit einer offenen, für Luft frei zugänglichen Umgebung der Flüssigkeitsleitung und/oder des Fahrzeugs zur Zuführung von Luft zur Flüssigkeitsleitung aus der, insbesondere unmittelbaren, Umgebung der Flüssigkeitsleitung und/oder aus der Umgebung des Fahrzeugs verbunden ist. In diesem Fall kann das Ventil in einem nicht luftdicht abgeschlossenen Raum des Fahrzeugs enden oder es ist mit einer Luftleitung verbunden, die ihrerseits in der Fahrzeugumgebung oder in einem nicht luftdicht abgeschlossenen Raum des Fahrzeugs endet. Dadurch ist die Flüssigkeitsleitung mit der Umgebung verbunden und für Luft aus der Umgebung frei zugänglich und somit kann Luft aus der Umgebung angesaugt werden. Andererseits kann die Öffnung weitergebildet zumindest mittelbar, beispielsweise über das Ventil und eine sich daran anschließende Druckluftleitung, mit einer Druckluftquelle des Fahrzeugs zur Zuführung von Luft zur Flüssigkeitsleitung aus der Druckluftquelle verbunden sein.
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Wie bereits ausgeführt ist die Öffnung mit dem Ventil zur Steuerung der Zuführung von Luft zur Flüssigkeitsleitung durch die Öffnung in der Flüssigkeitsleitung verbunden. Das Ventil kann sich dabei unmittelbar an die Flüssigkeitsleitung anschließen oder davon entfernt angeordnet, beispielsweise über eine Luftleitung, welche sich unmittelbar an die Flüssigkeitsleitung anschließt, mit der Öffnung der Flüssigkeitsleitung verbunden sein. Das Ventil kann beispielsweise im Bereich der Druckluftquelle angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist das Fahrzeug eine Steuerungseinheit auf, welche geeignet ausgebildet ist zur Steuerung des Ventils und somit zum Öffnen und Schließen des Ventils und somit zur Steuerung der Zuführung der Luft durch die Öffnung in der Flüssigkeitsleitung und damit auch mittelbar zur Zuführung von Luft zur Flüssigkeitsleitung - aus der Umgebung oder aus der Druckluftquelle.
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Weitergebildet ist die Steuerungseinheit geeignet ausgebildet zur Steuerung der Fördereinrichtung und mit der Fördereinrichtung geeignet verbunden. Die Steuerung der Förderungseinrichtung und die Steuerung der Luftzufuhr durch die Öffnung in der Flüssigkeitsleitung, insbesondere mittels des Ventils, kann gekoppelt und voneinander abhängig sein.
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Als praktische Ausführung kann das Ventil beispielsweise über den gleichen Mechanismus angesteuert werden, der die Entleerung auslöst. Hierzu kann in der Steuerungseinrichtung beispielsweise hinterlegt werden, bei kurz hintereinander erfolgender, zweimaliger manueller Auslösung der Entleerung, das geschlossene Ventil geöffnet wird, anstatt eine Absaugung erneut anzustoßen. Alternativ ist hierfür auch ein separater Schalter oder Taster denkbar.
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Zum erfindungsgemäßen Betreiben eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, dienen folgende Verfahrensschritte:
- a. In Betrieb nehmen der Fördereinrichtung und Fördern der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in Richtung des Scheitelpunkts der Flüssigkeitsleitung mittels der Fördereinrichtung;
- b. Überschreiten des Scheitelpunkts der Flüssigkeitsleitung durch die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter;
- c. Außer Betrieb setzen der Fördereinrichtung und Beendigung der Förderung der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in Richtung des Scheitelpunkts der Flüssigkeitsleitung mittels der Fördereinrichtung;
- d. Entleeren des Flüssigkeitsbehälters unter Ausnutzung des hydrostatischen Drucks ohne Förderung der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter mittels der Fördereinrichtung;
- e. Beenden der Entleerung des Flüssigkeitsbehälters durch Öffnen des Ventils und Zuführung von Luft zur Flüssigkeitsleitung durch die Öffnung in der Flüssigkeitsleitung.
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Ein Entleerungsvorgang wird mit dem Start der Fördereinrichtung begonnen. Das Ventil zur Steuerung der Zuführung von Luft zur Flüssigkeitsleitung ist dabei geschlossen. Sobald Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter, insbesondere Frischwasser im Frischwasserbehälter, über den Scheitelpunkt der Flüssigkeitsleitung gefördert wurde, läuft der Flüssigkeitsbehälter auch bei außer Betrieb gesetzter Förderungseinrichtung schwerkraftbedingt leer. Zum Stoppen wird das Ventil, beispielsweise die verschließbare Öffnung der Flüssigkeitsleitung, zum Durchtritt von Luft geöffnet, Luft wird angesaugt und der Entleerungsvorgang entsprechend unterbrochen bzw. beendet.
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Im Bereich der Ansaugung des Wassers innerhalb des Flüssigkeitsbehälters kommt es während der Entleerung, wenn der Füllstand fast leer ist, zu dem Effekt, dass ein Gemisch aus Luft und Wasser angesaugt wird. Das erste Ende der Flüssigkeitsleitung und die Wasseroberfläche können in diesem Fall parallel zueinander verlaufen. Die Wasseroberfläche schwappt etwas beim Absaugen, so dass sich immer wieder eine Öffnung bildet, durch die Luft angesaugt wird, die sich durch die Wasserbewegung aber wieder schließen. Es wird abwechselnd Luft und Wasser angesaugt. Dieser Effekt kann sich über eine gewisse Zeit hinziehen. Da in dieser Zeit weiter Wasser aus dem zweiten Ende der Flüssigkeitsleitung austritt, zählt diese Zeit zur Entleerungszeit hinzu, obwohl nur noch wenig Wasser austritt. Um diese Zeit zu verkürzen muss dafür gesorgt werden, dass bei Erreichen der Wasseroberfläche mehr Luft eingesaugt wird.
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Hierzu kann das erste Ende der Flüssigkeitsleitung
- - eine trichterförmige Vergrößerung des freien Querschnitts aufweisen und/oder
- - ein oder mehrere Schlitze oder Kerben aufweisen und/oder
- - ein oder mehrere Löcher oberhalb des ersten Endes aufweisen und/oder
- - eine zu einer gedachten horizontalen Ebene, und damit auch zu einem eventuell horizontal verlaufenden Behälterboden angeschrägt sein.
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Dadurch kann eine verbesserte Ansaugung von Luft erreicht werden.
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Die beschriebene, erfindungsgemäße Lösung ermöglicht, die nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren gravitationsgetriebene Entleerung eines Behälters zu unterbrechen bzw. zu beenden. Daraus leitet sich eine größere Betriebssicherheit des Systems ab, verbunden mit einer benutzerfreundlichen Steuerbarkeit. Entleerungen können unterbrochen werden, das Nachtropfen kann unterbunden werden. Dadurch wird die Entleerung effizienter und schneller. Ein Durchmesser der Entleerungsleitung kann reduziert werden und so weiter an Gewicht eingespart werden. Alternativ lässt sich nachweisen, dass bei gleichem Rohrdurchmesser eine schnellere Entleerung möglich ist und der Betreiber für das Entleeren Zeit spart. Auch ein Nachplätschern wird unterbunden und somit Zeit gespart.
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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.
- 1 zeigt einen Flüssigkeitsbehälter mit einer erfindungsgemäßen Entleerungseinrichtung,
- 2-5 zeigen verschiedene Varianten eines ersten Rohrendes einer Flüssigkeitsleitung.
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In 1 ist ein Flüssigkeitsbehälter 1, insbesondere ein Frischwasserbehälter, eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, mit einer erfindungsgemäßen Entleerungseinrichtung zur Abgabe von Flüssigkeit 3 aus dem Flüssigkeitsbehälter 1 schematisch dargestellt. Die Entleerungseinrichtung umfasst eine Flüssigkeitsleitung 2, welche nach dem Heberprinzip im und/oder am Flüssigkeitsbehälter 1 angeordnet ist. Ein erstes Ende 4 der Flüssigkeitsleitung 2 ist in die Flüssigkeit 3 im Flüssigkeitsbehälter 1 eingetaucht. Insbesondere endet die Flüssigkeitsleitung 2 mit ihrem ersten Ende 4 unterhalb eines vorgegebenen, maximalen Flüssigkeitsspiegels. Hier ist die Flüssigkeitsleitung 2 bis kurz oberhalb des Bodens des Flüssigkeitsbehälters 1 geführt. Die Flüssigkeitsleitung 2 ist dann über den Flüssigkeitsspiegel, insbesondere über den Rand des Flüssigkeitsbehälters 1, aus diesem herausgeführt, und fällt, nach Überschreiten eines Scheitelpunkts, wieder unter den Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeit 3 im Flüssigkeitsbehälters 1 ab, insbesondere endet die Flüssigkeitsleitung 2 mit einem zweiten Ende unterhalb ihres ersten Endes 5. Am zweiten Ende 5 umfasst die Entleerungseinrichtung eine Fördereinrichtung 6 zur Förderung von Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsleitung 2. Hier ist ein druckluftbetriebener Ejektor am zweiten Ende 5 der Flüssigkeitsleitung 2 so angeordnet, dass er im Betrieb selbstansaugend ist, d.h. einen ausreichenden Unterdruck in der Flüssigkeitsleitung 2 zwischen dem zweiten Ende 5 und dem Flüssigkeitsspiegel erzeugt, um die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 1 durch die Flüssigkeitsleitung 2 vom ersten Ende 4 bis zur Fördereinrichtung 6 zu fördern. Dazu wird die Flüssigkeit 3 zunächst entgegen der Schwerkraft bis zum Scheitelpunkt der Flüssigkeitsleitung 2 angesaugt. Nach Überschreiten des Scheitelpunkts fließt die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung 2 unter Einwirkung der Schwerkraft bis zum zweiten Ende 5. Wird der Ejektor so lange betrieben, bis die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung 2 zwischen dem Scheitelpunkt und dem zweiten Ende 5 den Flüssigkeitsspiegel im Flüssigkeitsbehälter 1 unterschreitet, so wird die Flüssigkeit 3 aus dem Flüssigkeitsbehälter 1 selbstständig und ohne weitere Erzeugung eines Unterdrucks durch den Ejektor 6 nur unter Einwirkung der Schwerkraft auslaufen, bis der Flüssigkeitsspiegel das erste Ende 4 der Flüssigkeitsleitung 2 erreicht hat, also der Flüssigkeitsbehälter 1 insbesondere nahezu leer gelaufen ist.
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Auch der Ejektor beeinflusst die Strömung der Flüssigkeit durch den freien Querschnitt der Flüssigkeitsleitung 2 nicht durch bewegliche Bauteile. Komponenten des Ejektors sind nicht, auch nicht wenigstens teilweise in der Flüssigkeitsleitung 2 angeordnet. Hier umfasst er lediglich eine Drucklufteinspeisung 7 und einen Flüssigkeits- und Luftauslass 8. Der Flüssigkeitsbehälter 1 weist zudem noch eine Tankbelüftung 9 auf.
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Zur Frostentleerung wird in einfacher Weise Flüssigkeit 3 mittels der Fördereinrichtung 6 einmal kurz angesaugt, bis sie von selbst läuft und der Behälter anschließend selbstständig leerläuft.
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Zur Unterbrechung oder Beendigung des Entleerungsprozesses wird Luft zur Flüssigkeitsleitung 2 durch eine Öffnung 10 in der Flüssigkeitsleitung 2 zugeführt. Die Zuführung kann einerseits durch Zuführung von Druckluft aus einer Druckluftquelle des Fahrzeugs erfolgen oder Luft wird durch die Öffnung 10 durch die Flüssigkeitsleitung 2 strömende Flüssigkeit 3 angesaugt. Dazu kann die Öffnung 10 einerseits mit einer Druckluftquelle des Fahrzeugs über eine Luftleitung verbunden sein oder die Öffnung 10 ist mit einem mit Luft gefüllten Raum des Fahrzeugs verbunden. In beiden Fällen kann ein Ventil 11 dazwischengeschaltet sein. Das Ventil 11 dient zur Steuerung der Zuführung der Luft. Hier ist an das Ventil 11 ein kurzes Stück einer Luftleitung angeschlossen, welches hier frei für Umgebungsluft zugänglich endet. Zur Steuerung des Ventils 11 ist eine Steuerungseinheit 13 vorgesehen. Im skizzierten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 10 in der Flüssigkeitsleitung 2 am Scheitelpunkt der Flüssigkeitsleitung 2 angeordnet. Zusätzlich ist die Öffnung 10 in einer Wand auf einer vom Schwerefeld entfernten Seite der Flüssigkeitsleitung 2 angeordnet. Somit dringt Flüssigkeit nicht schwerkraftbedingt durch die Öffnung 10.
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Dennoch ist die Flüssigkeitsleitung 2 frei von beweglichen Bauteilen, die zumindest teil- oder abschnittsweise in die Flüssigkeitsleitung 2 hineinragen, ihren Querschnitt verändern und/oder die Integrität der Flüssigkeitsleitung verletzen.
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2 lehrt eine verbesserte Ansaugung von Luft durch einen Trichter am Rohrende der Entleerungsleitung, welches in den Tank ragt. Der Trichter sorgt für einen größeren Rohrumfang und somit auch für eine vergrößerte Ansaugfläche.
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Die 3 bis 6 veranschaulichen unterschiedliche Ausführungen eines im Tank angeordneten Rohrendes einer Entleerungsleitung zur Verkürzung des sogenannten Nachplätscherns.
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Eine oder mehrere Schlitze (3), am Rohrende, beispielsweise 10mm lang und 2mm breit sorgen dafür, dass auch bei schwankendem Wasserstand Luft in die Leitung eindringt.
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Gleichermaßen wirken eine oder mehrere keilförmige Kerben (4) am Rohrende oder ein oder mehrere Löcher (5) am Rohrende, beispielsweise etwa 10mm oberhalb der Stirnseite des Rohrendes.
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Alternativ kann das Rohrende um ein paar Grad anschrägt ( 6) sein, so dass die Öffnung größer wird. Generell ist auch denkbar, dass Rohr schräg zu verlegen, um so eine schräge Rohröffnung zu realisieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015002424 U1 [0006]
- DE 102015205825 A1 [0007, 0014]
