-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Reinigung von gleisnahen Entwässerungsanlagen,
beispielsweise in Eisenbahntunneln, in Bahnhöfen und Eisenbahnstrecken,
wobei eine Hochdruckspülung
der Entwässerungsanlagen
erfolgt und das Spülgut
anschließend
wieder aufgesaugt, gereinigt und wiederverwendet wird.
-
Spülverfahren für gleisnahe
Entwässerungsleitungen
basieren auf der Vorgehensweise, welche seit Jahrzehnten zur Reinigung
kommunaler Abwassersysteme eingesetzt wird.
-
Dabei wird ein Saug- und Spülwagen über den
Straßenweg
zum Kanalschacht gefahren und rückwärtig vor
diesem positioniert, um die Reinigungsarbeiten von den am Fahrzeugende
angebrachten Bedienelementen zu steuern.
-
Die Wasserhochdruckspülung von
Kanalleitungen hat sich aus ihren Anfängen vor ca. 40 Jahren zu dem
führenden
Reinigungsverfahren entwickelt. Heute werden ca. 90% der Gesamtreinigungsleistungen
auf diesem Sektor in Deutschland durch das Verfahren der Wasserhochdruckspülung erbracht.
-
Die Technik der Hochdruckspülung hat
sich in diesen vier Jahrzehnten wie folgt weiterentwickelt. Die Kanalspülwagen wurden
mit Pumpen höherer
Leistung (max. Pumpendruck und max. Förderstrom) ausgestattet. Saugwagen
bekamen ein größeres Fördervolumen.
Schläuche,
Düsenköpfe, Düsensätze und
weitere Komponenten wurden verbessert. Die Einführung des kombinierten Saug-
und Spülwagen
(kurz "Kombi" genannt) und das
darauf folgende Angebot des kombinierten Saug- und Spülwagen mit
integrierter Spülwasserrückgewinnung
waren die größten Meilensteine
auf diesem Gebiet.
-
Das Grundprinzip der Wasserrückgewinnung
besteht in der Wiederaufnahme der Abwasserleitungssedimente und
dem in der Rohrleitung vorhandenen Spül- und Schmutzwassers. Das
Spülwasser
wird im Saug- und Spülwagen
durch Filtrationstechnik von den zu entsorgenden Sedimenten separiert
und so wiederaufbereitet, dass es dem Spülprozess erneut zugeführt werden
kann. Der Vorteil der Wasserrückgewinnung besteht
in der gesteigerten produktiven Einsatzbereitschaft des Fahrzeuges.
Ein herkömmlicher
Kombinationssaug- und Spülwagen
(ohne Wasserrückgewinnung)
besitzt je nach Ausführung
ein Frischwasserreservoir von 3 bis 6 m3.
Unter Annahme des Einsat zes einer marktgängigen Hochdruckpumpe (Volumenströme bis 300 l/min)
und einer Frischwasserkammer von 6 m3 ergibt
sich bei kontinuierlichem Einsatz eine Spüldauer von 25 Minuten.
-
Durch die Entwicklung der Wasserrückgewinnung
sind Spülzeiten
möglich
geworden, die es erlauben, eine Arbeitsschicht (8 Stunden) ohne
Frischwasseraufnahme durchzuführen.
Die neuste Entwicklung auf diesem Sektor ist ein kombinierter Saug-
und Spülwagen
mit Wasserrückgewinnung
und integriertem kontinuierlichen Kanalsandrecycling (
DE-PS 198 10 322 C2 ,
EP 1 068 407 B1 ).
-
Das Wissen um wasserhydraulische
Vorgänge
beim Lösen
der Sedimente im Kanal durch den Hochdruckwasserstrahl, hat sich
nicht im gleichem Maße
weiterentwickelt wie das der technischen Anlagen.
-
Heute werden noch die gleichen Verfahren
und Methoden angewandt, die vor 40 Jahren durch die Kanalarbeiter
empirisch entwickelt wurden. Man unterscheidet zwei Anlässe für die Kanalreinigung:
- 1. Die Notfallreinigung, die der akuten Problemlösung (Kanalverstopfung
dient).
- 2. Die Unterhaltsreinigung, welche zumeist durch kommunale Betriebe
der Stadtentwässerung
durchgeführt
wird. Diese dient nicht dem Lösen
eines akuten Problems, sondern der kostenoptimierten Regelinstandhaltung
des Kanalsystems. Wird das Leitungssystem einer Kommune in Regelabständen gereinigt und
darüber
hinaus in definierten Abständen
inspiziert, ergibt sich eine dauerhaft degressive Entwicklung der
Unterhaltskosten für
das entsprechende Kanalssystem.
-
Zur exakten Darstellung des Leitungszustandes
wird eine TV-Inspektion der gereinigten Entwässerungsleitung durchgeführt. Nur
mit diesem Mittel kann eine realistische Aussage über den
Zustand des Kanals getroffen werden. In diesem Fall dient das Spülen der
Entwässerungsleitung
nicht nur der Unterhaltsreinigung, sondern auch der "Wegbereitung" der TV-Inspektionseinheit
für das
Durchfahren der Rohrleitung. Die Inspektion des Kanalsystems kann
nur in gesäuberten
Leitungen durchgeführt
werden, da ein Befahren einer mit Rückständen verunreinigten Kanalleitung
mit marktüblichen
Inspektionsgeräten
nicht möglich
ist. Dies geschieht mittels eines radangetriebenen, fernbedienten
Fahrwagen mit integrierter Inspektionskamera.
-
Der gleisnahe Spüleinsatz an Entwässerungsanlagen
erfordert es, das Reinigungssystem auf dem Schienenweg zur Arbeitsstelle
zu transportieren, da die Einsatzstelle in Bahnhöfen und an Eisenbahnstrecken selten
und im Tunnel über
keinen anderen Weg erreicht werden kann. Diese Anforderung führt zu besonderen Bedingungen,
die es bei der gleisnahen Kanalreinigung zu beachten gilt.
-
Die aus dem Stand der Technik bekannten
und handelüblichen,
straßenfahrbaren
Kanalreinigungssysteme können
diesen Anforderungen nicht genügen.
-
Auch das Auffahren eines herkömmlichen
Kanalreinigungsfahrzeuges auf einen Waggon zum Einsatz in Tunneln
und von Eisenbahngleisen stellt allenfalls ein Provisorium, aber
keine effektive und professionelle Lösung dar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein System zur Reinigung von Entwässerungsanlagen an/in Eisenbahnanlagen,
vorzugsweise ein schienenfahrbares Kanalreinigungssystem, zu entwickeln,
das aus verschiedenen vorgefertigten Modulen besteht und schnell
sowie effektiv auch auf Schnellfahrstrecken unter zeitlich und räumlich sehr
eingegrenzten Einsatzbedingungen umweltfreundlich einsatzfähig ist.
-
Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass
die Abscheidung von Feststoffen mehrstufig in
einem an sich bekannten Schienenpflege-System (SPS) und einem gekoppelten
schienenfahrbaren Kanalspülsystem
(SKS) durchgeführt
wird, wobei im SKS in einer ersten Stufe eine Abscheidung von Grobbestandteilen
durch Sedimentation sowie in einer zweiten Stufe eine weitere Entwässerung
und in einer dritten Stufe eine erste Feinfilterung realisiert und
anschließend
im SPS in einer vierten Stufe eine weitere, vorzugsweise geteilte
Feinfilterung und eine Rückführung des
gereinigten Wassers in einen Vorratsbehälter zur erneuten Verwendung
als Spülwasser
durchgeführt
wird.
-
Dabei werden in der ersten Filterstufe
Feststoffe mit einem Durchmesser von > 60 mm, in einer zweiten Filterstufe die
Feststoffe bis zum Grad der Stichfestigkeit, in einer dritten Filterstufe
die Feststoffe > 140 μm und in
einer vierten Filterstufe die Feststoffe mit einem Durchmesser > 100 μm sowie anschließend mit
einem Durchmesser > 75 μm abgeschieden.
-
Die Vorrichtung zur Reinigung von
gleisnahen Entwässerungsanlagen,
insbesondere in Tunneln, Bahnhöfen
und an Eisenbahngleisen ist dadurch gekennzeichnet , dass ein kombiniertes
Schienenpflege- (SPS) und mit einem schienenfahrbaren Kanalspülsystem
(SKS) in Modulbauweise kombiniert ist, wobei über ein Leitwarten-/Steuerungs-Modul
ein Wasser-/Schmutz-Wasserreservoir-Modul mit einem Hochdruckaggregat-Modul
sowie dieses mit einem Saug-Spülmodul verbunden
und das Saug-Spülmodul
wiederum mit einem Entwässerungs-Modul
gekoppelt ist.
-
Das Saug-/Spülmodul ist dabei dreh-/schwenkbar
gelagert und weist in seinem vorderen Stirnwandbereich eine schwenkbare
Entleerungsklappe auf.
-
Das Wasser-/Schmutzwasserreservoir-Modul
weist einen Frischwasser-Tank auf, der über eine im Hochdruck-Modul
angeordnete und durch einen Dieselmotor angetriebene Höchstdruckpumpe
mit einer im Saug-Spülmodul
befindlichen Spülhaspel
verbunden ist, die einen Spülschlauch
besitzt.
-
Weiterhin ist ein Saugschlauch des
Saug-Spülmoduls
mit einem ebenfalls darin befindlichen Vakuumbehälter verbunden, der in seinem
unteren Bereich einen Groabscheider aufweist, welcher über eine
Feststoffpumpe mit einem Behälter
des Entwässerungs-Moduls
gekoppelt ist, der über
eine Förderpumpe
mit einer Filtereinheit des Saug-Spülmoduls verbunden ist, dessen
Abfluss zu einem gleichfalls im Saug-Spülmodul angeordneten Reservewassertank
führt,
der mit mindestens einer, vorzugsweise zwei Feinfilterstufen des
Wasser-/Schmutzwasserrreservoir-Moduls
kombiniert ist. Der Abfluss des Wasser-/Schmutzwasserrreservoir-Moduls ist
wiederum mit dem Frischwassertank in einem Kreislaufprozess verbunden.
-
Die Filtereinheit des Saug-Spülmoduls
weist einen Hydrozyklon und einen Feinfilter auf.
-
Die SPS und das SKS sind vorzugsweise
auf zwei getrennten Schienenfahrzeugen montiert, die untereinander über flexible,
vorzugsweise aus Spiraldraht bestehenden und mit verstärktem Gummi
ummantelten Schläuchen
verbunden sind.
-
Es ist vorteilhaft, wenn zwischen
Saug-Spülmodul
und Entwässerungsmodul
ein Büro-Werkstatt-Modul
in welchem sich auch die Technik zur Inspektion des Kanalsystems
und zur Zustandsdokumentation angeordnet wird.
-
Ausführungsbeispiel
-
Die Erfindung soll nachstehend anhand
eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
-
Dabei zeigen:
-
1 die
erfindungsgemäße Lösung in
der Ansicht
-
2 die
vollständige
Prozessdarstellung
-
3 die
SKS-Einheit in Arbeitsposition
-
4 das
Saug-Spülmodul
mit geöffnetem
Entsorgungsdeckel
-
5 die
SKS-Einheit in Entsorgungsposition
-
6 die
erfindungsgemäße Lösung als
Arbeitszug
-
In seiner Gesamtheit besteht das
Verfahren und die Vorrichtung zur Reinigung von Entwässerungsanlagen
aus der SPS-Einheit und aus einer SKS-Einheit.
-
Die beiden Einheiten sind mechanisch
und elektrisch trennbar verbunden. Elektrische Verbindungen sind
alle Stromversorgungs- und alle Steuer- und Regelungsleitungen.
Zu den mechanischen Verbindungen zählen alle Rohrleitungssysteme,
die für
den Transport der Prozesswasser bestimmt sind und alle Elemente, die
das Ankuppeln ermöglichen.
-
Der kritische Bereich der Verbindungen
liegt zwischen SPS- und SKS-Einheit (Pufferbereich), da dort bei
Fahrt Bewegungen um Längs-
und Querachse der Verbindungsleitungen auftreten.
-
Die elektrischen Leitungen sind flexibel
und geschützt
zu verlegen, um Beschädigungen
während
der Fahrt auszuschließen.
-
Nachstehende Tabelle zeigt die Verknüpfung der
einzelnen Module im Verbund.
-
Das Spülwasser wird aus dem Frischwassertank
(1) über
eine Förderpumpe
(2) zum Modul des Höchstdruckaggregates
(3) gepumpt. Die Höchstdruckpumpe,
angetrieben durch einen Dieselmotor (4), fordert das Spülwasser
mit gewünschten
Druck zur Spülhaspel
(5), um von dort mittels Kanalspülschlauch (6) in die
Drainageleitung zu gelangen. Das durch das Hochdruckwasser gelöste Spülgut wird
aufgrund des im Vakuumbehälter
(8) herrschenden Unterdruckes über den Saugschlauch (7)
angesaugt. Die erste Filtration des Spülgutes wird durch einen Grobabscheider
(9) im Bereich des Behälterbodens
vorgenommen. Dabei werden Stoffe ausgesondert, die einen Durchmesser
von 60 mm überschreiten.
Die übrigen
Sedimente werden über eine
Feststoffpumpe (10) in den Entwässerungscontainer 11)
befördert.
Hier werden die Sedimente bis zum Grad der Stichfestigkeit entwässert und
gelagert.
-
Das filtrierte Schmutzwasser wird über eine
Förderpumpe
(12) zur Filtereinheit (13) des Spül- und Saugmoduls
gepumpt. Diese Filtereinheit besteht aus einem Hydrozyklon (14)
und einem Feinfilter (15) die aus dem Schmutzwasser die
Stoffe aussondern die noch, eine Korngröße von 140 μm überschreiten. Von hier aus wird
das Wasser zunächst
in einen Reservewassertank (16) gepumpt. Da für die Wiederverwendung
des Wassers die Größe eventueller
Schmutzpartikel kleiner als 75 μm
sein muss, folgen zwei weitere Feinfiltrationsstufen. In der ersten
Stufe (17) werden alle Feststoffe bis zu einer Größe von 100 μm ausgesondert.
In der zweiten (18) schließlich wird der Vorgabewert
für die
Wiederverwendung von Wasser von 75 μm und kleiner erreicht. Im letzten
Prozessschritt wird dem Frischwassertank (1) das gereinigte
und gefilterte Wasser wieder zugefügt und steht erneut dem Spülvorgang
zur Verfügung.
-
Kern der SKS-Einheit ist das Saug-Spülmodul.
Dieses besteht aus einer Saug-Spüleinheit
(siehe Anlage 2.1), die in einem 20-Fuß Container untergebracht ist.
Die Saug-Spüleinheit
ist auf einem Drehkranz gelagert, so dass es jeweils beidseitig
um seine Längsachse
um ≥ 90° schwenkbar
ist. Für
Spülarbeiten
wird nur der Saug-Spülschlauchausleger
geschwenkt. Schwenkbereich ist ebenfalls beidseitig mindestens 90°.
-
Aus Gründen der Eisenbahnbetriebssicherheit
wird für
die auf Gleisen verkehrenden Fahrzeuge ein lichter Raum freigehalten.
Dieser lichte Raum (Regellichtraum) ergibt sich aus den Begrenzungen
für Fahrzeuge,
Ausladungen und aus Sicherheitszuschlägen. Korrespondierend zu dem
Regellichtraum sind nach Eisenbahn-Betriebsordnung Fahrzeugbegrenzungen
festgelegt, die im Regelbetrieb durch das Schienenfahrzeug und dessen
Aufbauten nicht überschritten
werden dürfen.
-
Für
das Arbeiten von Schienenfahrzeugen, z.B. auch für das Spülen gleisnaher Entwässerungsanlagen
sind Ausnahmen möglich,
die ggf. auch eisenbahnbetriebliche Sicherheitsmaßnahmen
(z.B. Sperren des Nachbargleises, Abschalten der Oberleitung) erfordern.
-
Darüber hinaus müssen auf
Strecken mit Oberleitungen zu diesen stromführenden Leitungen folgende Mindest-Sicherheitsabstände eingehalten
werden:
- – 300
mm zu festen Teilen des Schienenfahrzeuges (einschließlich Aufbauten
und Ladung)
- – 1.500
mm von Personen
-
Sämtliche
Begrenzungs- und Sicherheitsabstände
sind bei Transport-, Arbeits- und Entsorgungssituationen einzuhalten.
-
Der Regelabstand zwischen Schienenoberkante
(SO) und der Oberleitung beträgt
im Mittel ca. 5.250 mm Aus dem Abstand der Ladefläche des
Containertragwagens zur SO von 1.270 mm ergibt sich eine zulässige Höhe des Saug-Spülmoduls
von 3.380 mm. Durch die konstruktive Ausgestaltung erreicht das Saug-Spül-Modul
im Normalbetrieb (Transport und Arbeitssituation) die unkritische
Höhe von
2.880 mm.
-
Standardmäßig wird bei Spülfahrzeugen
(Kommunaltechnik) über
den Stirnboden entsorgt, in der sich die Filtertechnik (13)
befindet und der die Schlauchhaspel trägt. Da eine Berührung der
Oberleitung nicht ausgeschlossen werden kann (Gefahr des Kontaktes
schon bei einem Öffnungswinkel
von 30°),
kann das Öffnen dieses
Behälterbodens
nicht angewandt werden. Die Saug-Spüleinheit ist also so konzipiert,
daß die
Feststoffe über
den gegenüberliegenden
Behälterboden
(27) ausgetragen werden.
-
Durch das Schwenken des Auslegers
der Saug-/Spülhaspel
um beidseitig bis zu 90° wird
das Erreichen der Drainagenkontrollschächte am Randweg oder im Mittelbereich
von Gleisanlagen problemlos gewährleistet.
Durch vorheriges zusätzliches
Ausschwenken des Behälters
können
in Ausnahmefällen
auch sich entfernter befindliche Schächte erreicht werden. Nach
Einnahme der jeweiligen Arbeitsposition kann der Spül- und Saugschlauch über den
Schacht in den zu reinigenden Kanal eingeführt werden. Die Bedieneinheit
ist arbeitsgünstig
am Saugschlauchausleger angebracht.
-
Zum Filtern und Speichern der Drainagensedimente
bis zur Entsorgung z.B. an einem Bahnhof wird ein Entwässerungs-Modul
(25) mitgeführt.
Dieser besteht aus:
- – einem drucklosen Mehrkammerbehälter (Volumen
mindestens 15m3) mit integriertem Filtersystem
- – einer
Schmutzwasserpumpe
- – beidseitigen
Entsorgungsleitungen
- – einem
Schwenkrahmen (26) und
- – Füllstandanzeigen
-
Das Entsorgen der Feststoffanteile
erfolgt über
zwei Wege:
- 1. Entwässerungsmodul (25)
- 2. Saug-Spülmodul
(24)
-
Zu 1: Das Entwässerungsmodul (25)
hat ein Fassungsvermögen
von mindestens 15 m3. Er dient dem Entwässern und
Bunkern der Sedimente < 60mm.
Zum Austausch wird der Container mittels eines Schwenkrahmens (26)
in Richtung eines bereitstehenden Abrollkippers (LKW mit Abrollcontainer
Aufnahmeeinrichtung) gedreht, der mit seinem Greifhaken den Container
abrollt und anschließend
ein neues Entwässerungsmodul
aufsetzt. Das Volumen des Containers erlaubt ein Auswechseln in
längeren
Zeitabständen
(je nach Kanalverunreinigung nach bis zu 5–7 Schichten).
-
Zu 2.: Das Saug-Spülmodul (24)
speichert alle Feststoffe > 60
mm. Zur Entsorgung wird der Behälter in
Richtung eines örtlichen
Muldenbehälters,
der gleisnah steht, geschwenkt. Die Saug-/Spülmodul kann um bis zu 90° Grad aus
seiner Arbeitsposition in die beabsichtigte Entsorgungsrichtung
gedreht werden. Zum Zweck des Feststoffaustrages wird der Behälterboden
(27) beispielsweise mittels Hydraulikzylinder aufgeschwenkt;
dabei zieht der Behälterboden
die beweglichen Trennwand, mit Zugstangen verbunden, zwischen Frischwasser-
und Schmutzwasserkammer mit und befördert die Sedimente in einen
gleisnah aufgestellten Entsorgungscontainer.
-
Das Büro-/Werk- und Inspektionsmodul
(28) besteht aus einem ISO-Norm 20 Fuß Container, der in zwei Räume aufgeteilt
ist. Der kombinierte Werkstatt- und Inspektionsraum ist als Werkstattraum
für Arbeitsmaterialen
wie z.B. Spüldüsen, Werkzeug
vorgesehen, enthält
die erforderliche Inspektions- und Dokumentationstechnik und ist
beidseitig über
Schiebetüren
zu den Arbeitsseiten zu öffnen.
Der vordere Teil wird als Büroraum
für die
Bauüberwachung
ausgebaut und ist von außen
durch eine Stirntür
zu begehen.
-
Die Kanalreinigungsvorrichtung erfüllt die
bahnspezifischen Einsatzbedingungen wie folgt: Der Arbeitszug besteht
insbesondere aus:
- – Triebfahrzeug (Lokomotive)
- – SPS-Einheit
inkl. Containertragwagen
- – SKS-Einheit
inkl. Containertragwagen
-
Verladung:
-
Die Kanalreinigungsvorrichtung stellt
keine besonderen Anforderung an das Verladen, da alle Systemkomponenten
auf dem Schienenfahrzeug verbleiben können. Das Abstellen des Arbeitszuges
ist in jedem Bahnhof und jeder Hinterstellung möglich.
-
Energiebereitstellung:
-
Die relevanten mechanischen Komponenten
der Kanalreinigungsvorrichtung (Pumpen u.ä.) werden elektrisch betrieben
und vom autarken, dieselgetriebenen Stromaggregat der SPS-Einheit
versorgt. Der Kraftstoffvorrat ist so ausreichend, daß mehrere
Einsatzschichten ohne zusätzliches
Betanken gearbeitet werden kann.
-
Wasseraufnahme:
-
Das Frischwasserreservoir der SPS-Einheit
von 8.000 l und die Frischwasserkammer der SKS-Einheit von mind.
4.000 l ermöglichen
einen Einsatz ohne Betanken von mindestens zwei Schichten.
-
Entsorgung:
-
Das Fassungsvermögen des Entwässerungs-Moduls
(25) von min. 15 m3 lässt eine
Entsorgung frühestens
nach jeder zweiten Schicht zu. Zum Abnehmen des Entwässerungs-Moduls
(25) muss die Kanalreinigungsvorrichtung über einen
befestigten Weg durch einen LKW erreichbar sein. Der Behälter des
Saug-Spülmoduls
(24) wird bedarfsorientiert geleert. Da in Drainagen Rückstände > 60 mm selten vorkommen,
ist das Reinigen des Saug-Spülmoduls
(24) erst nach mehrern Schichten erforderlich.
-
- 1
- Frischwassertank
- 2
- Förderpumpe
- 3
- Wasser-Hochdruckpumpe
- 4
- Dieselmotor
- 5
- Spülhaspel
- 6
- Spülschlauch
- 7
- Saugschlauch
- 8
- Vakuumbehälter
- 9
- Grobscheider
- 10
- Feststoffpumpe
- 11
- Entwässerungscontainer
- 12
- Förderpumpe
- 13
- Filtereinheit
- 14
- Hydrozyklon
- 15
- Feinfilter
- 16
- Reservewassertank
- 17
- Feinfilterstufe
- 18
- Feinfilterstufe
- 19
- Schienen-Pflege-System
(SPS)
- 20
- schienenfahrbares
Kanalspülsystem
(SKS)
- 21
- Leitwarten-Steuerungs-Modul
- 22
- Wasser-/Schmutzwasserreservoir-Modul
- 23
- Hochdruckaggregat-Modul
- 24
- Saug-/Spülmodul
- 25
- Entwässerungs-Modul
- 26
- Schwenkrahmen
- 27
- Behälterboden
- 28
- Büro-, Werkstatt-
und Inspektionsmodul
- 29
- Stromaggregat
- 30
- Drehkranz
- 31
- Saug-/Spülsystems
- 32
- Flexible
Haube
