DE19707916C2 - Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Toilettenanlage mit Va­ kuumabsaugung, auch als Absaugeklosett oder Absaugabort bezeichnet.

Im vorigen Jahrhundert wurden im kommunalen Bereich die heute üblichen WC's eingeführt, bei denen eine Was­ sermenge von zwei Galonen, meist Trinkwasser, als Transportmittel für das Fäkal dient. Die Wiedereinfüh­ rung der bereits aus der Antike bekannten Schwemm­ kanalisation gilt aus Sicht des Wasserhaushaltes als eine der größten Fehlentwicklungen der Moderne. Alle Probleme der kommunalen Abwasserreinigung resultieren aus der Entsorgung von Fäkal, schwer abbaubaren Haus­ haltchemikalien und problematischen gewerblichen Stof­ fen ins Abwasser. Dadurch geht von den Kanalisationen eine große Gefahr für das Grundwasser aus. Hingegen ist reines Haushaltabwasser sehr leicht dezentral in ein­ fachsten mechanisch-biologischen Kleinstkläranlagen zu reinigen, so daß Kanalisationen als reine Entwässerun­ gen fungieren können.

Eine ökologisch sinnvolle Alternative sind Trocken­ klosetts verschiedenster Bauart, soweit sie chemika­ lienfrei betreiben werden und soweit sie sich nicht in Gewässer entleeren. Neben gewissen Akzeptanzproblemen gibt es oftmals auch technische Probleme beim Einbau, da insbesondere durch die Fäkalsammelbehälter bestimmte räumliche Anordnungen für die Leitungsführung vorgege­ ben sind. Gelegentlich wird der Einbau von Trockentoi­ letten auch durch Bauvorschriften untersagt.

Eine weitere Alternative zu den heute gebräuch­ lichen WC's sind die aus dem Fahrzeugbau bekannten Vakuumtoilettenanlagen, die auch schon gelegentlich im kommunalen Bereich eingesetzt werden. Bei diesen wird Luft anstelle von Wasser zum Transport des Fäkals ver­ wendet. Es ist nur noch eine sehr kleine Wassermenge erforderlich, falls die Bauordnung Wassertoiletten vor­ schreibt oder falls nach Benutzung eine Reinigung der Toilette gewünscht wird. Für eine besonders gute Reini­ gung mit sehr wenig Wasser werden diesem auch Reagen­ zien zugesetzt, zum Beispiel mit einer Vorrichtung nach DE 41 34 386 A1.

Das in einem Behälter gesammelte Fäkal kann ent­ sorgt werden nach den bekannten Verfahren zur Güllever­ wertung. Es kann aber auch über die Kanalisation ent­ sorgt werden, womit allerdings die Vorteile der Vakuum­ toilettenanlagen für die Abwasserreinigung verloren gehen. Der Nutzen besteht dann nur noch in einer erheb­ lichen Einsparung von Wasser und Abwasser, vergleichbar mit den verschiedenen Anlagen zur Nutzung von Regen- oder von Grauwasser zur Toilettenspülung.

Vakuumtoilettenanlagen haben einen Unterdruckab­ saugbehälter, in dem Fäkal gesammelt wird. Sind meh­ rere Toiletten an einen Absaugbehälter angeschlossen, darf während des Absaugens der Druck im Behälter nicht wesentlich ansteigen oder muß nach dem Absaugen wieder auf den ursprünglichen Wert gesenkt werden, damit kein Fäkal im Rohrleitungsnetz verbleibt. Daher werden die Unterdruckbehälter so ausgelegt, daß neben dem ge­ wünschten Stapelvolumen für Fäkal ein größeres Volumen zur Pufferung des Unterdruckes beim Einsaugen der Transportluft vorhanden ist.

Da das Abpumpen der Luft auf Betriebsdruck bei einem größeren Behälter relativ viel Zeit und Energie erfordert, wird der Fäkalsammelbehälter und/oder ein zusätzlicher Vakuumbehälter ständig unter Unterdruck gehalten. Damit keine Fremdluft eingesaugt wird, muß die Anlage absolut dicht sein. Sollen Kreiselgebläse oder Strahlpumpen zur Vakuumerzeugung eingesetzt wer­ den, sind zusätzliche Vorrichtungen zur Aufrechter­ haltung des Unterdruckes bei deren Abschalten erfor­ derlich. Eine solche Anlage ist in DE 41 12 888 A1 beschrieben.

Grundsätzlich besteht bei Vakuumtoiletten auch die Möglichkeit während der Benutzung Geruchsstoffe abzusaugen.

Neben dem technischen Aufwand für den großen Unter­ druckbehälter haben die üblichen Vakuumtoiletten auch den Nachteil, daß beim Öffnen des Absaugventils der In­ halt des Toilettenbeckens schlagartig mit großer Lärm­ belästigung in die Absaugleitung einströmt. Dem wird teilweise mit erheblichem technischen Aufwand entgegen­ gewirkt. Solche Lösungen sind in DE 41 31 367 A1 und in DE 42 01 986 C1 beschrieben.

Gelegentlich wird der Inhalt aus Toilettenbecken auch über die Saugseite einer Pumpe abgesaugt. Dabei werden auch Pumpen verwendet, die Gas und Flüssigkeit fördern können. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist, daß die bewegten Teile der Pumpe vom Fäkal durchströmt werden und nur kurze Saugleitungen realisiert werden. Nach DE 43 04 979 A1 werden sogar alle Komponenten zu einer Bau- und Funktionseinheit zusammengefaßt. Selbst­ verständlich könnte bei axial fördernden Kreiselpumpen in die Saugleitung zu Beginn des Absaugvorganges Wasser eingefüllt werden, um eine starke Sogwirkung zu erzie­ len und größere Entfernungen zu überwinden. Der techni­ sche Aufwand wäre dann aber bei vergleichbarem Wasser­ verbrauch größer als bei einer üblichen Wasserspülung.

In der US 4,297,751 wird ein mit Druckluftsaugstrahlpumpe betriebenes Vakuumtoilet­ tensystem für den Einsatz in Fahrzeugen beschrieben. Über eine Steuerungseinheit wird der Unterdruck grund­ sätzlich nur so lange erzeugt, wie für den Transport von der Abfall erzeugenden Einheit zur Sammelkammer erforderlich ist. In einer Variante kann diese Sammel­ kammer auch nach jedem Einsaugvorgang über die Steue­ rungseinheit mittels gesteuerter mechanischer Einrich­ tungen in einen Sammeltank entleert werden. Die Mög­ lichkeit einer Geruchsabsaugung ist trotz aufwendiger Konstruktion in Mechanik und Steuerung nach der Be­ schreibung der Ausführung und nach dem Schutzrechtsan­ spruch nicht zu erkennen.

Ein ähnliches System ist in DE 41 36 931 A1 beschrieben. Für den bevorzugten Einsatz in Fahrzeugen mit Druckluftnetz wird die Entleerung der eingesaugten Ablaufmasse aus einem Zwischenbehälter mittels Druck­ luft beansprucht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die einfache Konstruktion einer, auch für größere Gebäude geeigneten Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung, bei der auf das Einsaugen in einen Fäkalsammelbehälter verzichtet wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Erfindungsgemäß besitzt eine Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung eine Absaugleitung, an deren Ende eine Rohrerweiterung vorhanden ist. Diese Rohrerweiterung ist oben mit der Saugseite eines Kreiselgebläses ver­ bunden und unten mit einer elastisch schließenden Rück­ schlagklappe als Bodenablaß versehen. Konstruktions­ bedingt entleert sich die Absaugleitung nach jedem Ab­ saugvorgang durch Druckausgleich von selbst.

Die erfindungsgemäße Toilettenanlage kann man sich auch vorstellen als Toilettenbecken mit Abgang in die Saugleitung eines Naßstaubsaugers (in vorzugsweise schlanker Bauart), der mit einer elastisch schließenden Rückschlagklappe als Bodenablaß versehen ist. Die Abluft des Kreiselgebläses wird vorzugsweise in die Ableitung hinter der Rückschlagklappe geleitet. Beim Abschalten des Kreiselgebläses findet über dessen Lauf­ rad ein selbsttätiger Druckausgleich statt und durch die Schwerkraft erfolgt über die elastisch schließende Rückschlagklappe eine selbsttätige Entleerung. Eine Steuerung ist für das Funktionsprinzip der Anlage nicht erforderlich. Mit der Erfindung wurde eine sehr ein­ fache Lösung gefunden, welche von den Experten trotz umfangreicher Erfindertätigeit für Vakuumtoilettenanla­ gen bisher noch nicht erkannt wurde.

Bei Auftreten von Feststoffen und starken Ver­ schmutzungen werden im allgemeinen elastisch schließen­ de Armaturen bevorzugt, z. B. Membranventile. Elastisch schließende Rückschlagklappen verschiedenster Bauart sind dem Fachmann z. B. aus der Lüftungs- und aus der Abwassertechnik bekannt. Auch die Analöffnung ist in gewisser Weise eine Art elastischer Rückschlagklappe und eine Konstruktion, die sich über Jahrmillionen bestens bewährt hat. Sollen Rückschlagklappen die Strö­ mung in Durchflußrichtung nicht behindern, so reduziert sich die Rückströmung erst nach Aufbau eines gewissen Gegendruckes auf die Leckrate. Die eindeutige Abgren­ zung zwischen elastisch schließenden Ventilen und Rück­ schlagklappen wird hier so verstanden, daß Ventile durch Stellkräfte betätigt werden, die den Strömungs­ kräften auch entgegenwirken können. Zum Öffnen und/oder Schließen von Rückschlagklappen können aber auch unter­ stützende bzw. verstärkende Kräfte eingesetzt werden, insbesondere wenn sie durch die jeweils fließenden Energieströme erzeugt werden. Vorzugsweise wird dazu der Abluftstrom des Kreiselgebläßes auf die Druckseite der Rückschlagklappe gerichtet.

Die Absaugleitung wird im Bereich der Rohrerweite­ rung so gestaltet, daß hier eine Gasabscheidung er­ folgt. Bevorzugt wird dazu eine tangentiale Anströmung der Rohrerweiterung. Gegebenenfalls ist zwischen der Rohrerweiterung und dem Kreiselgebläse eine Abscheider­ strecke zweckmäßig. Die Absaugleitung kann auch ver­ zweigt sein.

Zur Unterdruckerzeugung werden Pumpen und Verdich­ ter eingesetzt, die fast alle entweder dem Verdränger- oder dem Beschleunigungsprinzip zugeordnet werden kön­ nen. Nach dem letzteren arbeiten insbesondere Strahl­ pumpen und Kreiselpumpen. Für die vorliegende Erfindung sind nur ein- oder mehrstufige Kreiselgebläse mit Axial-, Radial- oder Querstrom von Interesse, insbeson­ dere solche mit elektromotorischem Antrieb, bei denen Lüfter- und Motorwelle vorzugsweise direkt verbunden sind. Diese Aggregate sind sehr einfach gebaut und wenig störanfällig. Die Lebensdauer kann durch Verwen­ dung einer Sanftanlaufelektronik verlängert werden, was insbesondere bei Motoren mit Kohlebürsten empfohlen wird.

Das Kreiselgebläse wird in einer Seitenverzweigung der Absaugleitung so angeordnet, daß es nur von Luft durchströmt werden kann. Der Abluftstrom steht mit dem Raum hinter der Absaugleitung in Verbindung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Abluftstrom bei Ein­ schalten des Kreiselgebläses auf die Rückseite der elastisch schließenden Rückschlagklappe wirkt und deren Schließen unterstützt. Der Einsaugvorgang wird durch Abschalten des Kreiselgebläses beendet. Dabei kommt es sofort zu einem Druckausgleich über das Lüfterrad des Kreiselgebläses und der eingesaugte Inhalt der Absaug­ leitung entleert sich aus dieser selbsttätig über die Rückschlagklappe. Es sind keine weiteren Ventile oder Steuerungen erforderlich. Das Kreiselgebläse kann auch über einen Tastschalter direkt betätigt werden oder über ein Totzeitglied erst nach einer vorgegebenen Zeit­ spanne wieder abschalten.

Ist die Verbindung zwischen Toilettenbecken und Ab­ saugleitung zu Beginn des Absaugvorganges geöffnet, beginnt das Einsaugen des Inhaltes des Toilettenbeckens bereits bei geringem Unterdruck mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit und entsprechend geringer Geräuschentwicklung.

Durch Drehzahlregelung eines Kreiselgebläses, ge­ steuert über eine Auswertung der zeitabhängigen Druck­ änderung an der Saugseite des Kreiselgebläses, ist es auch möglich, nur soviel Unterdruck zu erzeugen, wie zum Absaugen tatsächlich erforderlich ist. Das Ende des Absaugvorganges ist an einem starken Druckanstieg zu erkennen. Nur beim Absaugen stark stopfender Feststoffe wird die volle Saugleistung eines stärkeren Vakuumge­ bläses benötigt, wobei dann eine stärkere Geräuschent­ wicklung auftritt. Eine höhere Gebläseleistung ist auch erforderlich, wenn beim Absaugen eine Steigung nach oben zu überwinden ist.

Das Toilettenbecken kann auf direktem Weg mit der Absaugleitung verbunden sein, es kann aber auch ein Siphon oder ein Ventil zwischengeschaltet werden. In jedem Fall kann eine Geruchsabsaugung während der Be­ nutzung erfolgen, vorzugsweise bei verringerter Geblä­ sedrehzahl. Der Verzicht auf ein Absperrorgan zwischen Toilettenbecken und Absaugleitung ist besonders dann von Vorteil, wenn eine ständige Absaugung über diesen Weg Bestandteil des Gebäudelüftungskonzeptes ist.

Besonders vorteilhaft zur lokalisierten Geruchsab­ saugung an der Emmissionsquelle während der Toiletten­ benutzung ist eine absperrbare Absaugöffnung im oberen Bereich des Toilettenbeckens. Die Absperrung kann zum Beispiel durch einen Dreiwege-Schieber, insbesondere einen Dreiwege-Drehschieber erfolgen. In Ruhestellung erfolgt der Geruchsverschluß zur Absaugleitung. Bei Verschluß des Abganges der Toilettenschüssel kann die Geruchsabsaugung erfolgen und bei Verschluß der Geruchsabsaugung wird die Toilettenschüssel leer gesaugt.

An eine verzweigte Absaugleitung können auch mehrere Toilettenbecken angeschlossen werden, die dann aber nicht gleichzeitig abgesaugt werden sollten. Auf Grund des einfachen Aufbaues der Absaugleitung wird aber bei mehreren Toilettenbecken für jedes eine eigene Absaugung empfohlen. Vorzugsweise entleeren dies in einen gemeinsamen drucklosen Fäkalsammelbehälter. Es können auch Küchenabfälle und andere kompostierbare Abfälle eingesaugt werden.

Zur Vorbeugung gegen Feststoffablagerungen in der Absaugleitung sollte mit etwas Wasser gespült werden. Bei programmgesteuerter Spülung des Toilettenbeckens oder handgesteuerter Reinigung mittels Wasserstrahl aus einem Schlauch oder einem Gefäß ist die Rohrspühlung in der Regel gegeben. Der Bodenablaß kann auch extra ge­ spült werden. Natürlich kann der Feststoffablagerung auch durch schmutzabweisende Oberflächeneigenschaften entgegengewirkt werden.

Um eine besonders gute Spül- und Reinigungswirkung mit geringster Wassermenge zu erreichen, kann das Was­ ser erwärmt werden und/oder können ihm grenzflächen­ aktive Stoffe und/oder Calciumcarbonat bzw. auch Urin­ stein lösende Stoffe zugesetzt werden. Aus Umwelt­ schutzgründen sollten aber nur biologisch voll abbau­ bare organische Stoffe, insbesondere bei Tensiden, ein­ gesetzt werden.

Für den Fall, daß eine fest installierte Spülung und ein Absperrventil verwendet werden, ist ein Über­ laufschutz für das Toilettenbecken zu empfehlen. Das kann z. B. durch eine Verbindung zur abgesperrten Lei­ tung erreicht werden, die mit einen Schwimmer geöffnet wird. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Die Erfindung wird anhand von drei Beispielen er­ läutert.

Beispiel 1: Nach dem Stand der Technik und z. B. unter den Schutzrechtsanspruch 12 der Patentschrift US 4,297,751 fallend, wird der besonders einfache Grundgedanke der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es wird ein Naßstaubsauger mit einem 20 l-Behälter und zweistufiger Vakuumturbine beschafft, mit dem ein Unter­ druck von über 20 kPa erreicht wird. Der Naßstaubsauger wird mit einem Kugelhahn ND 100 als Bodenablaß versehen und auf eine Fäkalgrube gestellt. Der Abgang eines für Vakuumtoiletten üblichen Toilettenbeckens wird über einen 20 m langen PVC Vakuumschlauch ND 50 mit dem Saugstutzen des Naßstaubsaugers verbunden. Der Schlauch wird direkt hinter dem Toilettenbecken U-förmig als Geruchsverschluß verlegt. Eine Steuerung, wie sie für Treppenbeleuchtungen verwendet werden, wird auf eine Schaltzeit von 8 s abgeändert und zur Auslösung des Naßstaubsaugers von der Toilette aus eingebaut. Neben die Toilette wird ein Wasserbehälter von 12 l Volumen mit Handpumpe und Schlauch zum Ausspülen des Toiletten­ beckens und Auffüllen des Geruchsverschlusses gestellt. Diese Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung kann ohne Probleme genutzt werden. Wenn der Wasservorrat ver­ braucht ist, muß allerdings der Naßstaubsauger über den Bodenablaßhahn entleert und der Wasserbehälter wieder aufgefüllt werden, wenn auf eine Automatisierung dieser Vorgänge verzichtet wird.

Beispiel 2: Wie Beispiel 1 aber mit folgenden Veränderungen: Ein Rohrbogen ND 150 aus Polypropylen mit 750 mm Biegeradius wird wie ein Bogensegment von 45°, aber im rechten Winkel zur Eintrittsöffnung abge­ schnitten, so daß eine ovale Öffnung entsteht. Auf der Seite gegenüber dieser Öffnung wird 150 mm unterhalb der Eintrittsöffnung ein Stutzen ND 50 angeschweißt.

Der Behälter des Naßstaubsaugers wird gegen dieses Rohrstück ausgetauscht, wozu an dem Deckel des Staub­ saugers ein Dichtungsring von 150 mm Durchmesser und Befestigungsmöglichkeiten angebracht werden müssen. Weiterhin wird am Deckel des Staubsaugers eine Platte aus 8 mm starkem Weichgummi so befestigt, daß sie direkt vor der ovalen seitlichen Öffnung des Rohrbogens hängt. Die Gummiplatte wird mit einem Stück Blech von 2 ­ mm Stärke im Bereich der ovale Öffnung verstärkt, so daß sie nicht eingesaugt werden kann. Der PVC-Vakuum­ schlauch wird mit dem seitlichen Rohrstutzen verbunden. Die Steuerung wird durch einen einfachen Tastschalter ersetzt. Bei dieser erfindungsgemäße Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung muß kein Fäkalsammelbehälter mehr entleert werden, die Absaugleitung entleert sich nach jeder Benutzung selbst. Die Spülung des Toiletten­ beckens kann auch mit einem Schlauch direkt aus der Wasserleitung erfolgen.

Beispiel 3: Wie Beispiel 2 aber mit folgenden Verän­ derungen: Ein 500 mm langes Stück Polypropylenrohr ND 150 (3) wird mit einem 100 mm langen konischen Übergang auf einen 50 mm langen Bund von ND 80 versehen. 150 mm unterhalb der größeren Öffnung wird ein Rohrstutzen ND 50 tangential, wie bei einem Zyklon, eingeschweißt. In zwei Platten aus 10 mm starkem Gummi mittlerer Härte werden im Abstand von 8 mm schmale Einschnitte von 8 mm Tiefe gefräßt. Ein 250 mm langer Schlauch aus 2 mm starkem Gummi wird breit gelegt und von beiden Außen­ seiten mit den Gummiplatten längs versteift und dann über den Bund ND 80 gezogen und befestigt. Damit ist eine Rückschlagklappe (4) hergestellt. Ein Stück Poly­ propylenrohr ND 150 mit Muffe wird kurz unterhalb der Muffe mit einem Rohrstutzen ND 40 (6) versehen und in einen senkrecht nach oben gerichteten Abzweig der Hauptentwässerungsleitung des Hauses gesetzt. In die Muffe wird das Rohrstück mit Bodenablaß gesetzt und mit dem Naßstaubsaugerdeckel oben verschlossen. Die Abluft der Vakuumturbine (5) wird über den Stutzen ND 40 (6) auf die Außenseiten der Rückschlagklappe geleitet. Der PVC-Vakuumschlauch (2) wird am tangentialen Rohrstutzen befestigt. Am Abgang des Toilettenbeckens (1) wird der mittlere Schenkel eines Dreiweg-Drehschiebers ND 50 (7) angebracht. Der untere Schenkel wird mit dem PVC- Vakuumschlauch verbunden und vom oberen Schenkel er­ folgt eine Verbindung zum oberen Rand des Toilettenbec­ kens. Die Bedienung des Drehschiebers erfolgt über eine Seilrolle. Über Positionsschalter ist bei Absperrung der Saugleitung die Vakuumturbine abgeschaltet. Bei Absperrung des Beckenabganges wird die Vakuumturbine über einen tyristorgeregelten Stromkreis zur Geruchsab­ saugung am oberen Heckenrand angeschaltet. Bei Absper­ rung der Geruchsabsaugung wird die Vakuumturbine über einen Stromkreis mit voller Leistung zur Absaugung des Toiletteninhaltes geschaltet. Über eine Kurvenscheibe wird in dieser Stellung ein Druckspüler betätigt, der das Toilettenbecken über Düsen reinigt. Durch eine Rückstellfeder erfolgt diese Stellung nur im Kurzzeit­ betrieb.

Claims (6)

1. Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung, bei der am Ende der Absaugleitung (2) eine Rohrerweiterung (3) vorhanden ist, die oben mit der Saugseite eines Kreiselgebläses (5) verbunden ist und unten mit einer elastisch schließenden Rückschlagklappe (4) als Bodenablaß versehen ist, wobei sich die Absau­ gleitung (2/3) durch den Druckausgleich nach Beendigung des Absaugvor­ ganges jedesmal schwerkraftbedingt von selbst entleert.

2. Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung nach Anspruch 1, bei der die Rohr­ erweiterung (3) am Ende der Absaugleitung tangential angeströmt wird.

3. Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung nach Anspruch 1, bei welcher der Abluftstrom des Kreiselgebläses (5) den Schließvorgang bei Erzeugung des Unterdruckes durch gezielte Wirkung auf die Druckseite (6) der elastisch schließenden Rückschlagklappe (4) unterstützt.

4. Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung nach Anspruch 1, bei der durch Drehzahlregelung des Kreiselgebläses (5) nur soviel Unterdruck erzeugt wird, wie zum Absaugen des Inhaltes des Toilettenbeckens (1) tatsächlich erforder­ lich ist.

5. Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung nach Anspruch 1, bei der während der Toilettenbenutzung mit verringerter Drehzahl des Kreiselgebläses (5) eine Geruchsabsaugung aus der Toilette (1) erfolgt.

6. Toilettenanlage mit Vakuumabsaugung nach Anspruch 1, bei der sich meh­ rere dieser Anlagen in einen gemeinsamen drucklosen Fäkalsammelbehälter entleeren.