DE19804160B4

DE19804160B4 - Selbsttätig wirkende Stoßentleerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19804160B4
Application number: DE1998104160
Authority: DE
Inventors: Ulf Waeschke; Helmut Prof. Dr.-Ing. Löffler; Dieter Burschil
Original assignee: BIOFILT GmbH
Current assignee: BIOFILT GMBH, 01109 DRESDEN, DE
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2018-02-04
Also published as: DE19804160A1

Abstract

Selbsttätig wirkende Stoßentleerungsvorrichtung für reine und verschmutzte Flüssigkeiten mit folgenden Merkmalen:
– am oberen Ende der Stoßentleerungsvorrichtung (1) befindet sich ein oben offenes Schwimmergefäß (2),
– in das Schwimmergefäß (2) ragt ein starrer Abschnitt (5) eines Abflußrohres (3) hinein, der mit dem Schwimmergefäß (2) fest und dicht verbunden ist,
– über dem starren Abschnitt (5) des Abflußrohres (3) ist eine Heberglocke (6) angeordnet, die sich innerhalb des Schwimmergefäßes (2) befindet,
– die Heberglocke (6) ist mit dem Schwimmergefäß (2) fest,
– aber durchströmbar verbunden,
– das Abflußrohr (3) besitzt unterhalb des starren Abschnittes (5) und außerhalb des Schwimmergefäßes (2) einen elastisch verformbaren Abschnitt (4), der durch die von ihm auf das Schwimmergefäß (2) einwirkende Kraft das Aufschwimmen des Schwimmergefäßes (2) begrenzt,
– das untere Ende des Abflußrohres (3) ist in Form eines Siphons (7) ausgebildet und fest mit dem Entleerungsbehälter (9) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätig wirkende Stoßentleerungsvorrichtung für reine und verschmutzte Flüssigkeiten. Besonders vorteilhaft ist sie in der Abwassertechnik einsetzbar.
Als selbsttätig hydraulisch und mechanisch wirkende Stoßentleerungsvorrichtungen sind beispielsweise fallende und steigende Heber, Glockenheber, Kippwagenheber und Schwimmkugel-/Ventilheber bekannt, die aber bei stark reduziertem Zulauf entweder im Anspring- oder Abrißverhalten zu unerwünschten Betriebszuständen wie zu langsames Anspringen, dauernder Durchlauf bei geringer Leistung und unzuverlässige Beendung der Beschickung führen können.

Der hier vorliegenden Zielstellung am nächsten kommt die aus DE 41 37 768 C1 bekannte selbsttätige Hebervorrichtung. Bei dieser bewegt sich ein Schwimmertopf in einer Heberglocke, wobei der Schwimmertopf zwischen einer zum Deckel der Glocke beabstandeten Stellung und einer am Deckel anliegenden Stellung beweglich ist. Die Absaughöhe wird danach durch die übergestülpte Heberglocke bestimmt. Die Auslösung des Hebervorganges erfolgt nach Anstoßen des Schwimmertopfes an der oberen Heberglockenbegrenzung durch lokalisiertes Einströmen der Flüssigkeit in den Schwimmertopf und Absenkung desselben bis zum unteren Anschlag in der Glocke. Die Restflüssigkeit, die nach Beendigung des Hebervorganges im Schwimmertopf verbleibt, wird mit den Mitteln eines Hilfshebers (Heberschlauch) oder einer Bohrung im Schwimmertopf (kleine Auslauföffnung) ent- leert, so daß der nächste Hebervorgang beginnen kann.

Die Nachteile dieser Lösung sind, daß die gewünschte Stoßentleerung nur durch das sehr lokalisierte Überlaufen in den Schwimmertopf eingeleitet und dessen Aufschwimmbegrenzung durch die über ihn reichende Heberglocke verzögert wird. Mittel, die zur plötzlichen Stoßbeschickung führen, fehlen. Außerdem sind die zur Entleerung des Schwimmertopfes eingesetzten Mittel, wie Heberschlauch oder Auslauföffnung mit kleinem Auslaufquerschnitt (dieser wirkt dem Anspringen entgegen), besonders deshalb nur begrenzt geeignet, weil diese bei verschmutzten Flüssigkeiten, z.B. Abwasser, durch grobdisperse Stoffe aber auch Bakterienfilmbildung zum Verstopfen neigen und somit den Betrieb unsicher machen.

Das zwingende Erfordernis, die ständige Reproduzierbarkeit der Einrichtung zu erhalten, liegt in der gesicherten Entleerung des Schwimmertopfes am Ende eines Arbeitshubes. Die hierzu bekannten Lösungen bleiben nur bei nicht sehr oder sehr wenig verschmutzten Wässern funktionstüchtig.

Für alle bekannten Lösungen wie Einsatz von Hilfsheber, Entleerungsbohrungen in Richtung Ablaufrohr, in Richtung Glockeninnenraum mit oder ohne Klappenverschluß, ist das Verstopfen durch Schmutzstoffe, Zuwachsen durch biologische Mikoflora oder Auskristallisationen gegeben. Für das in DE 41 37 768 C1 dargestellte Beispiel mit Entleerungsbohrung in Richtung Ablaufrohr ist bei geringen Zulaufmengen mit Wasseraustritt aus dem Ablaufrohr zu rechnen, so daß bei Nutzung als Beschickungseinrichtung im Winterbetrieb unter Frostbedingungen Probleme auftreten. Für die Beispiele mit Entleerungsbohrung in Richtung Glockenraum mit und ohne Klappenverschluß ist für erstere bei kleinen Zulaufmengen die Funktion generell und im zweiten Fall die Dauerhaftigkeit der Funktion in Frage gestellt. Das postulierte Anliegen der Erfindung, daß selbst bei kleinsten Zulaufmengen (ml/s) der Heber verläßlich anspringen soll, wird durch die vorgeschlagenen technischen Lösungen zur Entleerung des Schwimmertopfes in Frage gestellt.

Durch die Führung des Schwimmertopfes in einer Heberglocke und die Begrenzung des Hubes durch den Glockenkopf und Glockenboden sind die benannten Ausführungsformen für die Strömungsverbindung bei Oberwasserstand nur für nicht oder wenig verschmutzte Wässer ohne Grobstoffbestandteile geeignet. Gleiches gilt für den Arbeitszustand mit abgesenktem Schwimmertopf. Bei Rückstauerscheinungen oder Druckstößen im Ablaufrohr ist eine Unterbrechung des Heberzyklus vor Erreichen des vorgesehenen Unterwasserstandes zu erwarten. Bei Einsatz der vorgeschlagenen technischen Lösung im Abwasserbereich ist aufgrund der komplizierten Bauweise mit Verstopfungen und Ausfallerscheinungen zu rechnen. Die Heberkonstruktion erzeugt im Ansaugbereich eine vertikal gerichtete Strömungsrichtung, die den Einsatz in Sedimentationsanlagen verbietet. Die sehr kompakte Bauweise des Hebers erlaubt ohne Demontage keine Kontrolle der Funktionstüchtigkeit und erfordert sehr aufwendige Wartungs- und Kontrollarbeiten.

Der nachfolgend vorgestellten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stoßentleerungsvorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe auch bei geringsten Zulaufmengen eine Stoßentleerung mit sofortiger, voller Leistung erreicht wird. Es soll ein sicherer Betrieb auch für verschmutzte Wässer, die zu Verstopfungen neigen, gewährleistet werden.

Gelöst wird diese Aufgabe die Merkmale des Anspruchs 1.

Die Funktion der Vorrichtung beginnt bei Erreichen eines Höchstwasserspiegels, der ein weiteres Aufschwimmen der Vorrichtung, aufgrund des eingetretenen Kräftegleichgewichts von Maximalauftrieb und Gegenkraft des elastisch gedehnten Abflußrohres, verhindert. Mit dem ersten Wassertropfen, der über die Überfallkante des nach oben offenen Schwimmergefäßes fällt, wird bereits das Kräftegleichgewicht gestört, weil diese kleine Wassermenge zunächst im Schwimmergefäß verbleibt und zum Aufstau des Wassers, d.h. zur Gewichtszunahme in diesem, führt. Hiermit wird im Gegensatz zu bekannten Lösungen, die mit oberen Anschlagmitteln sowie einer lokalisierten Wasserzuleitung arbeiten, sofort der Abtauchprozeß der gesamten Stoßbeschickungsvorrichtung eingeleitet.

Das Wasser fällt über die gesamte Überfallkante des Schwimmergefäßes, und mit jedem Überlaufanteil mehr beschleunigt sich der Abtauchprozeß und führt nahezu augenblicklich dazu, daß das Wasser unter die Glocke eindringt und über den Ringraum zwischen Glockeninnenrand und der Außenwand des in das Schwimmergefäß hineinragenden Abflußrohres, das als Heberfallrohr des Glockenhebers wirkt, hineinströmt, bzw. am Anfang hineinfällt. Da mit diesem Vorgang das Abflußrohr sowohl über die Zulaufseite durch die Heberglocke, als auch die Ablaufseite durch den Siphon von der Außenluft abgeschlossen ist, und in dem als Fallrohr ausgebildeten Abflußrohr durch das herabstürzende Wasser Luft mitgerissen und über den Siphon abgeführt wird, baut sich sehr rasch ein Unterdruck im Abflußrohr auf. Dieser Unterdruck führt zur Verkürzung des elastisch verformbaren Abflußrohres, die sich in Form des Abtauchens der Stoßentleerungsvorrichtung äußert, und unterstützt das schnelle Erreichen der Maximalleistung des Stoßentleerers. Mit fallendem Wasserstand im zu entleerenden Gefäß wird der auf der abgetauchten Stoßentleerungsvorrichtung liegende Wasserdruck ständig geringer, bis die Gegenkräfte aus elastisch verformtem Abflußrohr zu einem Auftauchen der Stoßentleerungsvorrichtung führen. Bei Überschreitung des Kräftegleichgewichts wird das Auftauchen irreversibel beschleunigt, da mit jeder Auftauchstrecke Gegendruck und Wasserstrom und somit auch Evakuierung nachlassen. Schließlich fällt der Gefäßwasserspiegel unter die Höhe der Überlaufkante des nach oben offenen Schwimmergefäßes des Stoßentleerers. Dann dauert es nur noch kurze Zeit bis das Wasser aus dem Schwimmergefäß über den Ringspalt unter der Heberglocke abgesaugt ist und die Stoßentleerungsvorrichtung vollständig auftaucht. Der verbleibende Restwasserstand im Schwimmergefäß ist so niedrig, daß keine Mittel benötigt werden, diesen zu entfernen. Die Ausgangsbedingungen für einen neuen Zyklus sind somit gegeben.

In den nachfolgenden zwei Ausführungsbeispielen wird die stoßweise Entleerung eines Abwasserabsetzbeckens 9 zum Zwecke der intermittierenden Beschickung, z.B. eines Sickerbeckens, dargestellt. Hierbei soll jede Stoßentleerung des Absetzbeckenwasserspiegels um ein bestimmtes Maß H erfolgen. Der Oberwasserstand OW ist also möglichst schnell auf den Unterwasserstand UW um den Höhenunterschied H abzusenken. Es ist dabei gleichgültig, ob dem System in der Entleerungszeit über den Zulauf 13 Wasser Q1 zuließt, wobei die Stoßentleerungsvorrichtung so zu dimensionieren ist, daß die Zuflußmenge Q1 kleiner bleibt als die größte Auslaufmenge Q2.
1 stellt den Beginn des Überlaufens und damit die Absenkung des Oberwasserspiegels OW um die Differenzhöhe H auf den Unterwasserspiegel UW dar. In 2 wird die maximale Absenkung des Wasserspiegels kurz vor Wiederauftauchen der abgesenkten Stoßentleerungsvorrichtung dargestellt.
l zeigt ein Abwasserabsetzbecken 9, in das die Stoßentleerungsvorrichtung 1 eingebaut ist. Sie ist im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Achse A-A ausgebildet. Das Abflußrohr 3 der Stoßentleerungsvorrichtung 1 ist mehrteilig ausgebildet. Es weist einen oberen, starren Abschnitt 5, einen mittleren, elastisch verformbaren Abschnitt 4 und einen unteren, starren als Siphon ausgebildeten Abschnitt 7 aus. Der mittlere elastische Abschnitt 4 wird vorzugsweise als Faltenbalg ausgebildet. Der obere starre Abschnitt 5 des Abflußrohres 3 ragt über die Hälfte der Höhe des nach oben offenen Schwimmergefäßes 2 in dieses hinein und ist mit diesem starr verbunden. Die Heberglocke 6 ist im Schwimmergefäß 2 über dem Abflußrohr 3 durch mehrere offene Klemmstege 12 fixiert, die einen ungehinderten Durchfluß gewährleisten. Von den mehreren Klemmstegen 12 ist in der Abbildung nur einer dargestellt. Das nach oben offene Schwimmergefäß hat eine horizontale Überfallkante 11. Der verbleibende Ringspalt 10 zwischen Heberglocke 6 und Abflußrohr 3 ist so groß gestaltet, daß Verstopfungen der Stoßentleerungsvorrichtung auszuschließen sind.
Die schnelle Absenkung der Stoßentleerungsvorrichtung 1 wird durch die Erzeugung eines Unterdrucks im elastischen Abflußrohr 4 durch die Abführung der Luft nach Wassereintritt in das Abflußrohr 3 über einen nur sehr geringen Höhensprung 8 im Siphon 7 erreicht, der im vorliegenden Beispiel 1/4 des Durchmessers des Abflußrohres 3 beträgt und der einen Außenluftzutritt verhindert. Die elastische Wand des verwendeten Faltenbalges 4 ist so vorgeformt, daß bei Unterdruckerzeugung eine Rohrverkürzung stattfindet.
Mittels des Ringspaltes 10 zwischen Heberglocke 6 und dem oberen Abschnitt 5 des Abflußrohres 3 erfolgt ein Absaugen des Restwassers im Schwimmergefäß 2, wodurch die Stoßentleerungsvorrichtung 1 wieder in den Ausgangszustand versetzt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das den gleichen Zweck wie im Beispiel 1 verfolgt, ist in 3 dargestellt. Hier wird für den elastisch verformbaren Abschnitt 4, anstelle des in 1 und 2 dargestellten Faltenbalges, ein elastischer Schlauch verwendet, wobei ein unterer Anschlag 14 vorgesehen ist. Dieser Schlauch kann ein armierter Gummischlauch, beispielsweise ein Spiralschlauch sein.
Für größere Anlagen ergibt sich hieraus eine kostengünstigere Realisierungsmöglichkeit.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform wird der starre Abschnitt 5 des Abflußrohres 3 seitlich oder zentrisch in das Schwimmergefäß 2 als übliches Heberrohr zugeführt.

1: Stoßentleerungsvorrichtung
2: Schwimmergefäß
3: Abflußrohr
4: elastisch verformbarer Abschnitt
5: starrer Abschnitt des Abflußrohres
6: Heberglocke
7: starrer, als Siphon ausgebildeter Abschnitt
8: Höhensprung
9: Abwasserabsetzbecken
10: Ringspalt
11: Überfallkante
12: Klemmstege
13: Zulauf
14: unterer Anschlag

Claims

Selbsttätig wirkende Stoßentleerungsvorrichtung für reine und verschmutzte Flüssigkeiten mit folgenden Merkmalen: – am oberen Ende der Stoßentleerungsvorrichtung (1) befindet sich ein oben offenes Schwimmergefäß (2), – in das Schwimmergefäß (2) ragt ein starrer Abschnitt (5) eines Abflußrohres (3) hinein, der mit dem Schwimmergefäß (2) fest und dicht verbunden ist, – über dem starren Abschnitt (5) des Abflußrohres (3) ist eine Heberglocke (6) angeordnet, die sich innerhalb des Schwimmergefäßes (2) befindet, – die Heberglocke (6) ist mit dem Schwimmergefäß (2) fest, – aber durchströmbar verbunden, – das Abflußrohr (3) besitzt unterhalb des starren Abschnittes (5) und außerhalb des Schwimmergefäßes (2) einen elastisch verformbaren Abschnitt (4), der durch die von ihm auf das Schwimmergefäß (2) einwirkende Kraft das Aufschwimmen des Schwimmergefäßes (2) begrenzt, – das untere Ende des Abflußrohres (3) ist in Form eines Siphons (7) ausgebildet und fest mit dem Entleerungsbehälter (9) verbunden.
Stoßentleerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare Abschnitt (4) ein Faltenbalg ist, der durch die von ihm auf das Schwimmergefäß (2) einwirkende Kraft das Abtauchen des Schwimmergefäßes (2) begrenzt.
Stoßentleerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare Abschnitt (4) ein elastischer Schlauch ist, wobei für die Begrenzung des Unterwasserspiegels ein unterer Anschlag (14) vorgesehen ist.
Stoßentleerungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heberglocke (6) mittels mehreren Klemmstegen (12) am Umfang des Schwimmergefäßes (2) befestigt ist.
Stoßentleerungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Höhensprung (8) des Siphons (7) kleiner als der Durchmesser des Abflußrohres (3) ist.