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Die Erfindung betrifft eine Saughebevorrichtung zur Entleerung eines Tanks und ein Verfahren zum Betrieb der Saughebevorrichtung.
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Die Entleerung eines Tanks kann aktiv mittels einer Pumpe oder passiv mittels Schwerkraft erfolgen. Um Kosten und Gewicht zu sparen wird häufig passiv entleert. Eine Dauer der passiven Entleerung des Tanks hängt von einer Abflussrate eines Tankinhalts aus dem Tank ab. Damit bei der passiven Entleerung eine Entleerdauer begrenzt werden kann, ist somit eine ausreichend hohe Abflussrate erforderlich. Diese kann realisiert werden, indem große Leitungsquerschnitte eingesetzt werden. Die großen Leitungsquerschnitte haben zur Folge, dass entsprechend groß dimensionierte und somit schwere Absperrarmaturen benötigt werden. Auf diese Absperrarmaturen kann mit der Verwendung einer Saughebevorrichtung verzichtet werden. Die Saughebevorrichtung ist eine Vorrichtung zum Heben einer Flüssigkeit. Das Heben der Flüssigkeit basiert auf einer gravitationsbedingten hydrostatischen Druckdifferenz zwischen einer Ansaugöffnung und einer Auslassöffnung einer Entleerleitung der Saughebevorrichtung. Nachdem ein Saughebevorgang einmal gestartet wurde, kann dieser jedoch nicht mehr ohne weiteres abgebrochen werden. Der Saughebevorgang endet bei bisherigen Ausgestaltungsformen, sobald ein Flüssigkeitsspiegel des Tankinhalts unter die Ansaugöffnung absinkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit verbesserten Betriebseigenschaften bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Saughebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Saughebevorrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung können jeweils abhängigen Unteransprüchen entnommen werden.
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Die erfindungsgemäße Saughebevorrichtung sieht vor, dass in einem zwischen der Ansaugöffnung und der Auslassöffnung gelegenen Abschnitt der Entleerleitung eine Belüftungsöffnung angeordnet ist, mittels derer ein Gas oder Gasgemisch der Entleerleitung zuführbar ist. Des Weiteren ist eine Verschlussvorrichtung vorgesehen, mittels welcher das genannte Zuführen des Gases oder des Gasgemisches unterbindbar ist. Unter „Belüftungsöffnung“ soll eine von einer Außenwandung der Entleerleitung zumindest teilweise begrenzte Öffnung verstanden werden, welche die Außenwandung der Entleerleitung durchdringt. Die Verschlussvorrichtung kann als eine Verschlusskappe, ein Stopfen, eine Armatur, ein Ventil oder ein anderes, dem Fachmann sinnvoll erscheinendes Bauteil ausgebildet sein.
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Durch das Zuführen des Gases oder des Gasgemisches mittels der Belüftungsöffnung kann ein initiierter Saughebevorgang jederzeit zuverlässig abgebrochen werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Verschlussvorrichtung mit einer Leitung verbunden ist, welche in die Belüftungsöffnung mündet. Die Leitung kann hierbei unmittelbar in die Belüftungsöffnung münden oder mit einer Leitung verbunden sein, welche unmittelbar in die Belüftungsöffnung mündet. Alternativ kann die Verschlussvorrichtung unmittelbar in die Belüftungsöffnung münden. Die Belüftungsöffnung kann durch die beschriebene Weiterbildung sicher und zuverlässig verschlossen werden, um einen ungewollten Abbruch des Saughebevorgangs zu verhindern.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Belüftungsöffnung in einer Betriebsausrichtung der Saughebevorrichtung oberhalb der Ansaugöffnung angeordnet ist. Der Begriff „Betriebsausrichtung“ bezeichnet eine Ausrichtung der Saughebevorrichtung, in welcher diese zum Betrieb bereit ist, also in der vorgesehenen Weise arbeiten kann. Diese Betriebsausrichtung erfordert, dass die Ansaugöffnung oberhalb der Auslassöffnung angeordnet ist. Hierdurch kann eine hydrostatische Druckdifferenz innerhalb der Saughebevorrichtung aufgebaut werden. Somit kann im Betrieb der Saughebevorrichtung eine Flüssigkeit von der Ansaugöffnung zu der Auslassöffnung transportiert werden. Die Belüftungsöffnung kann in einem Steigleitungsabschnitt oder in einem Fallleitungsabschnitt angeordnet sein. Unter einem „Fallleitungsabschnitt“ ist ein Abschnitt der Entleerleitung zu verstehen, in welchem eine Flüssigkeit bei einem Betrieb der Saughebevorrichtung entlang einer Richtung der Gravitationskraft fällt. Entsprechend ist unter einer „Steigleitung“ ein Abschnitt der Entleerleitung zu verstehen, in welchem eine Flüssigkeit bei einem Betrieb der Saughebevorrichtung entgegen einer Richtung der Gravitationskraft steigt. Der Begriff „oberhalb“ soll in der vorliegenden Beschreibung weit gefasst verstanden werden. Ein oberhalb eines Bezugsobjekts angeordnetes Objekt kann entlang einer vertikalen Linie durch das Bezugsobjekt oder abseits der durch das Bezugsobjekt verlaufenden vertikalen Linie angeordnet sein.
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Durch die Anordnung der Belüftungsöffnung oberhalb der Ansaugöffnung kann ein zum Abbrechen des Saughebevorgangs erforderliches Belüftungsvolumen und/oder ein erforderlicher Belüftungsdruck klein gehalten werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass die Belüftungsöffnung in einem Scheitelpunkt der Entleerleitung angeordnet ist. Durch die Anordnung der Belüftungsöffnung im Scheitelpunkt kann das zum Abbruch des Saughebevorgangs erforderliche Belüftungsvolumen sowie der erforderliche Belüftungsdruck minimiert werden. Die Dimensionierung der zum Abbruch des Saughebevorgangs erforderlichen Bauteile kann somit ebenfalls optimiert werden, womit ein Bauraum effizient genutzt und Gewicht eingespart werden kann.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass eine Druckquelle vorgesehen ist, mittels welcher das der Entleerleitung zuführbare Gas oder Gasgemisch als verdichtetes Gas oder Gasgemisch zuführbar ist. Unter einer „Druckquelle“ soll eine Vorrichtung verstanden werden, welche ein gegenüber eines Umgebungsluftdrucks verdichtetes Gas oder Gasgemisch bereitstellen kann. Die Druckquelle kann zum Beispiel ein Verdichter oder ein Druckluftspeicher sein.
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Mittels der genannten Zuführung des Gases oder des Gasgemisches mit Überdruck können beliebig große Leitungsquerschnitte der Entleerleitung zuverlässig und schnell belüftet werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass eine Drucksenke vorgesehen ist, mittels welcher der Entleerleitung ein Gas oder ein Gasgemisch entziehbar ist.
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Unter einer „Drucksenke“ soll eine Vorrichtung verstanden werden, mittels welcher ein Druckgefälle ausgehend von einem Umgebungsluftdruck hin zu einem niedrigeren Druck bereitgestellt werden kann. Die Drucksenke kann beispielsweise eine Ansaugseite eines Verdichters oder ein zumindest teilweise evakuierter Raum sein, dessen Innendruck geringer ist als ein Umgebungsluftdruck. Das entzogene Gas oder Gasgemisch kann sowohl ein sich bereits vor einer Ingangsetzung des Saughebevorgangs in der Entleerleitung befindliches Gas oder Gasgemisch sein oder das Gas oder Gasgemisch, welches zu einem Abbruch des Saughebevorgangs der Entleerleitung zugefügt wurde.
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Eine erste Ingangsetzung oder eine Fortführung eines abgebrochenen Saughebevorgangs kann vorbereitet werden, indem die Drucksenke mittels des genannten Entzugs des Gases und des Gasgemisches aus der Entleerleitung ein Transport von Flüssigkeit aus einem Tank in den Fallleitungsabschnitt bewirkt.
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Vorzugsweise ist mittels der Drucksenke der Entleerleitung durch die Belüftungsöffnung ein Gas oder Gasgemisch entziehbar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist die Drucksenke als ein Saugrohr einer Venturi-Düse ausgebildet. Mittels des Saugrohrs ist der Entleerleitung das Gas oder das Gasgemisch entziehbar. Mit der Venturi-Düse kann eine leichte und kompaktbauende Drucksenke bereitgestellt werden.
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Eine die vorhergehend beschriebene Ausgestaltungsvariante weiterbildende Ausgestaltungsform sieht eine Umleitvorrichtung vor, mittels welcher das verdichtete Gas oder Gasgemisch zu dem Saugrohr hin umleitbar ist. Mittels des Saugrohrs ist das verdichtete Gas oder Gasgemisch der Entleerleitung zuführbar. Die Umleitvorrichtung ist vorzugsweise stromabwärts einer Ausgangsseite der Venturi-Düse angeordnet. Als Umleitvorrichtung kann beispielsweise ein Ventil vorgesehen sein. Mittels der stromabwärts der Ausgangsseite der Venturi-Düse angeordneten Umleitvorrichtung kann das die Venturi-Düse durchströmende verdichtete Gas oder Gasgemisch aufgestaut werden. In Folge des Aufstauens wird das Gas oder Gasgemisch von einer Eingangsseite der Venturi-Düse zu dem Saugrohr umgeleitet.
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Durch die beschriebene Ausgestaltungsform kann wahlweise der Entleerleitung das verdichtete Gas oder Gasgemisch zugeführt werden oder der Entleerleitung das Gas oder Gasgemisch entzogen werden. Es können mehrere Funktionen in einem Bauteil vereinigt werden und somit eine Gesamtanzahl an erforderlichen Bauteilen reduziert werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Sperrelement in einem Fallleitungsabschnitt der Entleerleitung angeordnet. Unter einem „Sperrelement“ soll hierbei eine Armatur verstanden werden, welche dazu eingerichtet ist, einen Flüssigkeitsstrom zu unterbrechen.
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Mittels des Sperrelements kann ein Flüssigkeitsstrom in der Entleerleitung und somit der Saughebevorgang unterbrochen werden. Liegt eine Unterbrechung des Saughebevorgangs vor, kann ein Abbruch des Saughebevorgangs erleichtert werden, da ein ungewollter Abtransport des zugeführten Gases oder Gasgemisches mit dem Flüssigkeitsstrom verhindert wird. Ein erforderliches Belüftungsvolumen kann somit aufgrund der Unterbrechung des Saughebevorgangs effizient eingesetzt werden.
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Vorzugsweise ist das Sperrelement als ein pneumatisches Quetschtventil ausgebildet. Hierdurch kann ein kostengünstiges und kompaktes Bauelement verwendet werden und ein vorhandener Bauraum effizient genutzt werden.
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Die vorstehend beschriebene Saughebevorrichtung kann vorteilhaft in einem Fahrzeug verwendet werden. Das Fahrzeug weist sodann einen Tank und die erfindungsgemäße Saughebevorrichtung auf. In der vorliegenden Ausführungsvariante ist in der Betriebsausrichtung der Saughebevorrichtung die Ansaugöffnung innerhalb des Tanks angeordnet. Diese Ausführungsvariante hat sich in der Praxis bewährt.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die erfindungsgemäße Saughebevorrichtung betrieben werden.
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Das Verfahren sieht vor, dass ein Saughebevorgang abgebrochen wird, indem die Entleerleitung mittels einer zwischen der Ansaugöffnung und der Auslassöffnung gelegenen Belüftungsöffnung belüftet wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine ungewollte Entleerung des Tanks zuverlässig und aufwandsgünstig verhindert werden. Des Weiteren wird eine Teilentleerung des Tank mittels der Saughebevorrichtung ermöglicht.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass ein Flüssigkeitsstrom in der Entleerleitung mittels des Sperrelements unterbrochen wird. Durch die Unterbrechung des Flüssigkeitsstroms kann eine Unterbrechung des Saughebevorgangs realisiert werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass nach dem Unterbrechen des Flüssigkeitsstroms die Entleerleitung belüftet wird. Durch das Unterbrechen des Flüssigkeitsstroms kann im Vergleich zu einem ununterbrochenen Saughebevorgang erleichtert werden. Ein betriebsbedingter Abtransport eines Belüftungsvolumens kann verhindert werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Entleerleitung mit Überdruck belüftet wird. Hierdurch kann ein besonders zuverlässiger und rascher Abbruch des Saughebevorgangs auch bei größeren Querschnitten der Entleerleitung mit verhältnismäßig leichten und kompaktbauenden Bauteilen ermöglicht werden.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
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Soweit zweckdienlich, sind in den Figuren gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt - auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Die bisherige Beschreibung wie auch die nachfolgende Figurenbeschreibung enthalten zahlreiche Merkmale, die in den abhängigen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wie auch alle übrigen oben und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung offenbarten Merkmale wird der Fachmann jedoch auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfügen. Insbesondere sind alle genannten Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem Verfahren und/oder der Vorrichtung der unabhängigen Ansprüche kombinierbar.
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Es zeigen:
- 1 Ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Saughebevorrichtung in einer schematischen Darstellung.
- 2 Die erfindungsgemäße Saughebevorrichtung aus 1 in einer schematischen Darstellung und eine Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 3 Eine beispielhafte Ausführungsform der verwendeten Venturi-Düse in einer schematischen Darstellung.
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1 zeigt ein schienengebundenes Fahrzeug 42 mit einem Tank 12 und einer Saughebevorrichtung 10. Die Saughebevorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, den Tank 12 mittels Gravitationskraft zu entleeren. Hierzu weist die Saughebevorrichtung 10 eine Entleerleitung 14 auf. Die Entleerleitung 14 weist einen Fallleitungsabschnitt 40 mit einer Auslassöffnung 18 und einen Steigleitungsabschnitt 48 mit einer Ansaugöffnung 16 auf. In dem Fallleitungsabschnitt 40 ist ein Sperrelement 38 angeordnet. Das Sperrelement 38 ist als ein pneumatisches Quetschventil ausgebildet. Mittels des Sperrelements 38 kann ein Flüssigkeitsstrom in der Entleerleitung 14 unterbrochen werden. Des Weiteren ist mittels des Sperrelements 38 eine Flüssigkeit in dem Fallleitungsabschnitt 40 aufstaubar.
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1 zeigt des Weiteren die Saughebevorrichtung 10 in einer Betriebsausrichtung. Die Ansaugöffnung 16 ist hierbei oberhalb der Auslassöffnung 18 angeordnet. Mittels einer geeigneten hydrostatischen Druckdifferenz innerhalb der Saughebevorrichtung 10 kann ein Tankinhalt von der Ansaugöffnung 16 zu der Auslassöffnung 18 transportiert werden. Für den Fall, dass ein hydrostatischer Druck einer Flüssigkeit in dem Fallleitungsabschnitt 40 einen hydrostatischen Druck einer Flüssigkeit in dem Steigleitungsabschnitt 48 überschreitet, liegt die geeignete hydrostatische Druckdifferenz vor. In diesem Fall kann ein Saughebevorgang in Gang gesetzt werden. Mittels des in Gang gesetzten Saughebevorgangs kann sodann der Tank 12 entleert werden.
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2 zeigt die Saughebevorrichtung 10 und illustriert ein Beispiel eines Verfahrens zum Betrieb der Saughebevorrichtung 10. Zum Betrieb der Saughebevorrichtung 10 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Druckquelle 28 vorgesehen, mittels welcher der Entleerleitung 14 eine verdichtete Umgebungsluft als Gasgemisch zuführbar ist. Die Druckquelle 28 ist als ein Verdichter ausgebildet.
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In einem zwischen der Ansaugöffnung 16 und der Auslassöffnung 18 gelegenen Abschnitt der Entleerleitung 14 ist eine Belüftungsöffnung 20 angeordnet. Die Belüftungsöffnung 20 durchdringt eine Außenwandung der Entleerleitung 14. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Belüftungsöffnung 20 oberhalb der Ansaugöffnung 16 in einem Scheitelpunkt 26 der Entleerleitung 14 angeordnet. Mittels der Belüftungsöffnung 20 ist der Entleerleitung 14 das zuvor genannte verdichtete Gasgemisch zuführbar. Des Weiteren ist eine Verschlussvorrichtung 22 vorgesehen, welche mit einer Leitung 24 verbunden ist, die in die Belüftungsöffnung 20 mündet. Die Verschlussvorrichtung 22 ist als Ventil ausgebildet, mittels welchem das genannte Zuführen des Gasgemisches unterbindbar ist. Die Verschlussvorrichtung 22 ist in der Leitung 24 zwischen der Druckquelle 28 und der Belüftungsöffnung 20 angeordnet. Für den Fall, dass die Saughebevorrichtung 10 zur Entleerung des Tanks 12 betrieben werden soll, muss die Verschlussvorrichtung 22 geschlossen sein. Für den Fall, dass ein Saughebevorgang abgebrochen werden soll, wird die Verschlussvorrichtung 22 geöffnet. Sodann ist die Verschlussvorrichtung 22 von dem verdichteten Gasgemisch durchströmbar.
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In einem geöffneten Zustand der Verschlussvorrichtung 22 wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das verdichtete Gasgemisch durch eine Venturi-Düse 34 geleitet. Die Venturi-Düse 34 ist in der Leitung 24 in einer Strömungsrichtung des verdichteten Gasgemisches nach der Verschlussvorrichtung 22 angeordnet. Ein Ausführungsbeispiel der Venturi-Düse 34 ist in 3 näher dargestellt. Die Venturi-Düse 34 weist eine Eingangsseite 44, eine Ausgangsseite 46 und ein Saugrohr 32 auf.
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Die Venturi-Düse 34 kann auf zwei unterschiedliche Arten betrieben werden. In einem Saugbetrieb der Venturi-Düse 34 kann das verdichtete Gasgemisch ungehindert von der Eingangsseite 44 zur Ausgangsseite 46 strömen. Aufgrund der allgemein bekannten Konstruktion der Venturi-Düse 34 wird hierdurch am Saugrohr 32 ein Unterdruck erzeugt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Eingangsseite 44 und das Saugrohr 32 jeweils mit einem Abschnitt der Leitung 24 verbunden, welche in die Belüftungsöffnung 20 mündet. Das Saugrohr 32 ist somit in dem Saugbetrieb als Drucksenke 30 ausgebildet, mittels welcher der Entleerleitung 14 ein Gasgemisch entziehbar ist.
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Damit die Venturi-Düse 34 in einer alternativen Betriebsart betreibbar ist, nämlich in einem Umleitbetrieb, ist eine Umleitvorrichtung 36 vorgesehen. Die Umleitvorrichtung 36 ist als ein Ventil ausgebildet. Mittels der Umleitvorrichtung 36 ist das verdichtete Gasgemisch hin zu dem Saugrohr 32 umleitbar. Indem die Umleitvorrichtung 36 geschlossen wird, wird ein ungehindertes Durchströmen des verdichteten Gasgemisches von der Eingangsseite 44 zu der Ausgangsseite 46 verhindert. Das in die Eingangsseite 44 einströmende verdichtete Gasgemisch tritt im Falle der geschlossenen Umleitvorrichtung 36 zum Saugrohr 32 aus. Somit ist der Belüftungsöffnung 20 das verdichtete Gasgemisch mittels der Venturi-Düse 34 in dem Umleitbetrieb zuführbar und die Entleerleitung 14 kann mit Überdruck belüftet werden. Eine stromabwärts liegende Seite der Umleitvorrichtung 36 mündet unterhalb des Sperrelements 38 in den Fallleitungsabschnitt 40.
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Anhand der 2 wird illustriert, wie mittels der vorhergehend beschriebenen Saughebevorrichtung ein Saughebevorgang in Gang gesetzt werden, unterbrochen werden oder abgebrochen werden kann:
- Damit ein Saughebevorgang in Gang gesetzt werden kann, muss das im Fallleitungsabschnitt 40 angeordnete Sperrelement 38 geschlossen werden. Daraufhin wird mittels der Drucksenke 30, also der Venturi-Düse 34 in einem Saugbetrieb, der Entleerleitung 14 ein Gas oder Gasgemisch entzogen. Hierbei wird aufgrund des Unterdrucks in der Entleerleitung 14 ein Tankinhalt aus dem Tank 12 durch die Ansaugöffnung 16 hindurch in den Fallleitungsabschnitt 40 befördert. Überschreitet ein hydrostatischer Druck einer Flüssigkeit in dem Fallleitungsabschnitt 40 einen hydrostatischen Druck einer Flüssigkeit in dem Steigleitungsabschnitt 48, kann das Sperrelement 38 geöffnet werden und der Saughebevorgang wird in Gang gesetzt.
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Der Saughebevorgang kann unterbrochen werden, indem das Sperrelement 38 geschlossen wird. Hierdurch wird der Flüssigkeitsstrom in der Entleerleitung 14 mit des Sperrelements 38 unterbrochen. Hiernach kann mittels Öffnen des Sperrelements 38 der unterbrochene Saughebevorgang fortgeführt werden.
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Damit ein Saughebevorgang abgebrochen werden kann, wird die Venturi-Düse 34 im Umleitbetrieb betrieben. Hierdurch kann die Entleerleitung 14 mittels der Belüftungsöffnung 20 belüftet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Entleerleitung 14 mit Überdruck belüftet. Der Saughebevorgang kann sowohl bei ununterbrochenem als auch bei unterbrochenem Saughebevorgang abgebrochen werden. In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass nach dem Unterbrechen des Flüssigkeitsstroms mittels des Sperrelements 38 die Entleerleitung 14 mit Überdruck belüftet wird.
