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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mehrwegeventil für Abwasserkläranlagen.
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In
Haushalten und Betrieben anfallendes Schmutzwasser wird heute häufig über ein
weit verzweigtes Kanalisationsnetz zentralen Kläranlagen zugeführt, in
denen das Abwasser in einem mehrstufigen Prozeß aufbereitet und nach vollständiger Klärung in
natürliche
Bachläufe
und Flüsse
abgegeben wird. Dieses System der Abwasseraufbereitung setzt jedoch
erhebliche Investitionen in den Aufbau und die Unterhaltung des
Kanalisationsnetzes und den Bau und die Unterhaltung der Klärwerke voraus.
Da die Kanalisationsnetze nicht vollständig dicht betrieben werden
können,
kommt es zu ständigen
Sickerverlusten von ungeklärtem
Abwasser in das Grundwasser, das hierdurch erheblich verschmutzt
werden kann. Wegen dieser systembedingten Nachteile bleiben dezentrale
Abwasserkläranlagen
interessant, insbesondere für
Privathaushalte und kleine Gewerbebetriebe, bei denen das Abwasser
allenfalls geringe Mengen an giftigen oder umweltschädlichen
Stoffen enthält.
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Als
Kleinklärwerke
sind aus dem Stand der Technik Abwasserkläranlagen, insbesondere Kleinkläranlagen
mit einem Fassungsvermögen
von bis zu 30 m3 Wasser bekannt, die mehrere
aufeinanderfolgende Kammern aufweisen. Das Abwasser wird in eine
erste Kammer eingeleitet, um dort solche Stoffe abzuscheiden, die
eine größere spezifische
Dichte als Wasser aufweisen und deshalb auf den Grund der Kammer
absinken. Von dort gelangt das Abwasser in eine weitere Kammer,
in der in einer weiteren Stufe im Abwasser enthaltene Stoffe abgeschieden
werden können.
In dieser oder in einer weiteren nachfolgenden Kammer erfolgt ein
biologischer Klärprozeß, indem
in dem Abwasser enthaltene Bakterien chemische Substanzen umsetzen,
die ebenfalls im Abwasser enthalten sind. Mit diesen Abwasserkläranlagen kann
insbesondere bei Abwässern,
die nicht mit besonderen giftigen oder umweltschädlichen Substanzen versetzt
sind, zufriedenstellende Reinigungsergebnisse erzielt werden.
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Die
Beförderung
des Abwassers von einem Klärbehälter zum
nächsten
kann bei diesen bekannten Anlagen nach dem Überlaufprinzip erfolgen. Dazu
muß der
Ablauf eines nachgeordneten Klärbehälters tiefer
liegen als der Ablauf des vorhergehenden Klärbehälters. Eine solche Anordnung
ist jedoch nicht in allen Fällen
möglich
oder erwünscht.
Ein Nachteil dieses Systems ist auch darin zu sehen, daß es dem
Zufall überlassen
bleibt, wie lange eine bestimmte Charge Abwasser jeweils in einem
der aufeinanderfolgenden Behälter
verbleibt. Außerdem
ist es möglich,
daß eine Überlauföffnung verstopft
und dadurch der Überlauf
des Abwassers blockiert ist. Um solche Betriebsstörungen zu
vermeiden und eine sichere Übergabe
des Abwassers von einem Klärbehälter zum
anderen zu gewährleisten,
ist es deshalb gebräuchlich,
das anfallende Abwasser mittels einer Pumpe von einem Klärbehälter zum
nächsten
zu befördern.
Ein Beispiel für
eine entsprechende Vorrichtung findet sich in der Schrift
US 3,834,536 . Bei dieser
Vorrichtung wird jeweils eine Pumpe genutzt, um das Abwasser von
einer Kammer in die nächste Kammer
zu befördern.
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Bei
den bekannten Mehrwegeventilen wird die Schmutzwasser- und Klarwasserführung nicht
in einem Mehrwegeventil konzentriert, es sind jeweils separate Rohre
und Ventile erforderlich, um die jeweiligen Pumpströme von Schmutzwasser
und Klarwasser zu leiten. Aufgrund der separaten Rohrführungen
ist es unmöglich,
Pumpfunktionen für
das Schmutzwasser und das Klarwasser auf eine sinnvolle Weise miteinander
zu kombinieren.
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Demgemäß ist es
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrwegeventil zu schaffen,
das kombinatorische Nutzungen der vorhandenen Rohrführungen
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird für
eine gattungsgemäßes Mehrwegeventil
gelöst,
indem an das Mehrwegeventil eine Pumpe, ein Zulauf für Schmutzwasser
und ein Ablauf für
Klarwasser anschließbar
ist, und im Mehrwegeventil ein in zumindest zwei Stellpositionen
positionierbarer Schieber angeordnet ist, der in einer Stellposition
entweder die Verbindung zwischen Pumpe und Zulauf oder zwischen
Pumpe und Ablauf sperrt.
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Indem
das Mehrwegeventil Anschlüsse
für einen
Schmutzwasserzulauf, einen Klarwasserablauf und eine Pumpe aufweist,
kann je nach Stellung des Schiebers von einer Pumpe sowohl Schmutzwasser wie
auch Klarwasser befördert
werden. Eine solche Lösung
ist insbesondere für
Kleinkläranlagen
vorteilhaft, da durch den Verzicht auf eine Pumpe die Anschaffungskosten
für die
Fördertechnik
erheblich absinken. Zudem verringert sich das für die Fördertechnik benötigte Raumvolumen,
das insbesondere bei Kleinkläranlagen
sehr knapp dimensioniert ist. Bei einer erweiterten Funktion wird
für das
Rohrnetz ein geringeres Volumen beansprucht. Durch eine vom Betriebszustand
der Pumpe zeitlich und funktionsmäßig unabhängige Schaltung der Positionen
des Schiebers ist es möglich,
Klarwasser oder im Rohrnetz befindliches Schmutzwasser zurück in den
Zulauf zu pumpen, Schmutzwasser oder Luft anzusaugen und in den
Klärbehälter zu
befördern,
Schmutzwasser aus dem Zulauf direkt in den Ablauf zu befördern oder
Spülfunktionen
zum Aufwirbeln von Sediment in die verfügbaren Pumpfunktionen zu integrieren
oder aufgewirbeltes Sediment anzusaugen und in einen Zulauf oder
Ablauf zu pumpen. Der Wartungsaufwand für das Mehrwegeventil und die
an das Mehrwegeventil angeschlossene Fördertechnik ist gering. Zudem
ist das Mehrwegeventil kostengünstig herstellbar.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Abwandlungen der Erfindung ergeben
sich aus den Merkmalen der Unteransprüche, der nachfolgenden gegenständlichen
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die
Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben
wer den. Es zeigen:
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1:
eine Ansicht auf eine Vorrichtung zur Klärung von Abwasser,
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2:
eine Ansicht von oben auf die in 1 gezeigte
Vorrichtung,
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3:
eine Prinzipskizze der Pumpvorrichtung, und
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4 eine
Ansicht auf eine gemeinsame Baueinheit mit einer Pumpe und einem
Mehrwegeventil.
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In 1 ist
eine Vorrichtung 2 zur Klärung von Abwasser mit einem
Klärbehälter 4 dargestellt, der
im Ausführungsbeispiel
eine Klärkammer 6 und zwei
Vorkammern 8 aufweist. Die Klärkammer 6 und die
Vorkammern 8 sind voneinander durch eine Trennwand 10 abgetrennt.
Das Schmutzwasser 12 wird zunächst in eine Vorkammer 8 befördert. Von dort
wird das Schmutzwasser 12 in die Klärkammer 6 gepumpt,
und das in der Klärkammer 6 enthaltene Klarwasser 14 wird
von der Pumpvorrichtung 18 aus der Vorrichtung 2 abgepumpt.
Im Ausführungsbeispiel
sind die beiden Vorkammern 8 durch einen Überlauf 16 miteinander
verbunden. Die Pumpvorrichtung 18 saugt das Schmutzwasser 12 über einen Zulauf 20 aus
einer Vorkammer 8 in die Klärkammer 6, in der
ein Klärprozeß ablaufen
kann. Nach Abschluß des
Klärprozesses
in der Klärkammer 6,
zeitgetaktet oder bei einem vorgewählten maximalen Füllstand
in den Vorkammern 8 oder der Klärkammer 6 pumpt die
Pumpvorrichtung 18 in der Klärkammer 6 vorhandenes
Klarwasser 14 in den Ablauf 22.
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Die
Anordnung der Pumpvorrichtung 18 in der Vorrichtung 2 kann
aus der Ansicht von oben, die in 2 dargestellt
ist, gut nachvollzogen werden.
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Der
Zulauf 20 reicht von der Vorkammer 8 in die Pumpvorrichtung 18.
Der Ablauf 22 reicht von der Pumpvorrichtung 18 in
eine Ablaufleitung, die das Klarwasser aus der Vorrichtung 2 abführt.
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Abweichend
von dem in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
kann der Klärbehälter andere
Formen aufweisen, die Unterteilung der einzelnen Kammern kann unterschiedlich
gewählt
werden, oder es sind mehrere Klärbehälter 4 vorgesehen,
durch die das Schmutzwasser aufeinanderfolgend hindurchgeleitet
wird. Für
den Gegenstand der Erfindung ist es wesentlich, daß eine Pumpvorrichtung 18 vorgesehen
ist, die in der Lage ist, Schmutzwasser 12 aus einer Vorkammer 8 in eine
Klärkammer 6 zu
pumpen und darüber
hinaus wahlweise auch das in der Klärkammer 6 vorhandene
Klarwasser 14 in einen Ablauf 22 pumpen kann.
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Die
Begriffe "Schmutzwasser" und "Klarwasser", "Vorkammer" und "Klärkammer" werden in dieser
Beschreibung gebraucht, um die Herkunft des jeweiligen Wassers aus
einer entsprechenden Kammer 6, 8 zuordnen zu können, die
das Wasser aufeinanderfolgend durchläuft. Diese Begriffe bedeuten nicht,
daß das
Schmutzwasser 12 noch erhebliche Verschmutzungen aufweisen
muß oder
daß das
Klarwasser 14 in jedem Fall vollständig geklärt sein muß, oder daß in der Vorkammer 8 kein
Klärprozeß stattfindet.
Die Pumpvorrichtung 18 könnte vielmehr auch an Stelle
des Überlaufs 16 Schmutzwasser
aus der ersten Vorkammer 8 in die zweite Vorkammer 8 befördern, und
das in der zweiten Vorkammer 8 vorhandene Klarwasser in
einen Ablauf 22 pumpen, der in der Klärkammer 6 mündet.
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In 3 ist
ein Beispiel gezeigt, auf welche Weise eine Pumpe 26 mit
dem Zulauf 20 und dem Ablauf 22 verbindbar ist.
Der Zulauf 20 und der Ablauf 22 münden jeweils
in ein Mehrwegeventil 24, an das auch die Pumpe 26 über einen
Rohrabschnitt 28 angeschlossen ist. Im Mehrwegeventil 24 befindet sich
ein Schieber 30, der von einem Stellmotor 32 betätigt wird.
In 3 ist der Schieber 30 in vollen Linien
in einer Position dargestellt, in der er die Verbindung des Zulaufs 20 mit
der Pumpe 26 blockiert. In gestrichelten Linien ist die
Position des Schiebers 30 dargestellt, in der dieser den
Ablauf 22 blockiert. Bei einer bidirektional betreibbaren
Pumpe 26 kann diese, wenn sich der Schieber 30 in
der gestrichelten Position befindet, durch den Zulauf 20 Schmutzwasser 12 in
den Rohrabschnitt 28 saugen und das angesaugte Schmutzwasser 12 durch
eine in der Pumpe 26 befindliche Abgabeöffnung in die Klärkammer 6 befördern. Soll
die Pumpe 26 Klarwasser 14 aus der Klärkammer 6 hinausbefördern, so
wird der Schieber 30 in die in vollen Linien dar gestellte
Position bewegt, so daß das
von der Pumpe 26 angesaugte Klarwasser 14 durch
den Rohrabschnitt 28 hindurch in den Ablauf 22 gelangt
und auf diese Weise die Klärkammer 6 verläßt. Der
Abschnitt des Mehrwegeventils 24, in dem der Schieber 30 bewegbar
ist, wird durch eine Bypass-Leitung 36 umgangen.
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Die
im Ausführungsbeispiel
gezeigte Anordnung eines Mehrwegeventils 24 ist kostengünstig herstellbar.
Das Mehrwegeventil 24 kann beispielsweise vollständig oder
teilweise aus passend abgelängten
Stücken
handelsüblicher
PVC-Rohre hergestellt werden, die bei einem fertigen Mehrwegeventil 24 an
den Kontaktstellen miteinander verschweißt oder verklebt oder auf sonstige
Weise miteinander verbunden sind. Kunststoffrohre sind in vielfältigen Formen
und Maßen
auf dem Markt kostengünstig verfügbar und
können
leicht verarbeitet werden. Bei entsprechender Dimensionierung der
verwendeten Rohrabschnitte kann es auch schon ausreichen, die betreffenden
Bauteile einfach ineinander zu stecken. Auf Stecksystemen aufbauende
Kunststoffrohre sind ebenfalls in großer Zahl auf dem Markt verfügbar. Der im
Ausführungsbeispiel
dargestellte Aufbau des Mehrwegeventils 24 kann nach Bedarf
abgewandelt werden.
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In
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich
im Bereich des Mehrwegeventils 24 ein Anschluß für eine Spülleitung 34.
Die Spülleitung 34 mündet in
einem Abschnitt in das Mehrwegeventil 24 ein, in dem der
Schieber 30 in einer Stellposition die Spülleitung 34 vollflächig abdecken kann.
Pumpt die Pumpe 24 beispielsweise Klarwasser 14 in
Richtung des Ablaufes 22, so kann die Bewegung des Schiebers 30 aus
der gestrichelten Position in die in vollen Linien dargestellte
Position verzögert
erfolgen, damit zunächst
im Rohrabschnitt 28 vorhandenes Wasser durch den Zulauf 20,
soweit vorhanden, aber auch durch die Spülleitung 34 das Mehrwegeventil 24 verlassen
kann. Durch das verzögerte Öffnen des
Ablaufes 22 kann auf diese Weise zunächst im Rohrabschnitt 28 eventuell
noch vorhandenes Schmutzwasser 12 abgefördert werden, bevor dann reines
Klarwasser 14 in den Ablauf 22 befördert wird.
Wenn das von der Pumpe 26 beförderte Wasser in die Spülleitung 34 gedrückt wird,
strömt
aus dem dem Mehrwegeventil 24 abgewandten Ende der Spülleitung 34 Wasser
mit erheblicher Geschwindigkeit aus. Wenn das Ende der Spülleitung 34 so
positioniert ist, daß es
dicht vor dem Boden der Klär kammer 6 endet,
so kann das aus der Spülleitung 34 austretende
Wasser im Bodenbereich angesammelte Sedimente aufwirbeln, die sich
dann entweder im Klarwasser 14 verteilen oder durch den
Zulauf 20 oder den Ablauf 22 – je nach Stellung des Schiebers 30 und
der räumlichen
Anordnung der entsprechenden Öffnungen
im Mehrwegeventil 24 im Verhältnis zum Schieber 30 – aus der
Klärkammer 6 hinauspumpen
lassen können.
Durch die regelmäßigen Spülvorgänge wird
verhindert, daß sich
Sedimente dauerhaft auf dem Boden des Klärbehälters 4 absetzen können und
von dort nur manuell wieder entfernt werden können.
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Abweichend
vom Ausführungsbeispiel
ist es möglich,
das Mehrwegeventil 24 so auszubilden, daß in dieses
mehrere Zuläufe 20 und/oder
mehrere Abläufe 22 einmünden. In
diesem Fall ist das Mehrwegeventil 24 entsprechend umzugestalten,
so daß durch
eine Bewegung des Schiebers 30 unterschiedliche gewünschte Förderrichtungen
des von der Pumpe 26 bewegten Wassers einstellbar sind.
Im Mehrwegeventil 30 können
auch mehrere Schieber 30 angeordnet sein, wenn mehrere
Schaltfunktionen im Mehrwegeventil 24 integriert sein sollen.
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Ein
Schieber 30 wird jeweils von einem Stellmotor 32 als
Aktor betätigt.
Im Ausführungsbeispiel ist
dieser als ein einfacher Elektromagnet ausgebildet, der in zwei
Stellungen schaltbar ist. Eine solche Lösung ist sehr kostengünstig. Die
Bewegung des Stellmotors 32 wird über eine Koppelstange auf den Schieber 30 übertragen.
Der Stellmotor 32 kann jedoch auch als Elektromotor, Hydraulikzylinder,
Pneumatikzylinder und dergleichen ausgebildet sein.
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In
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an die Pumpe 26 ein
Belüfter 38 angeschlossen.
Der Belüfter 38 besteht
im Ausführungsbeispiel
aus einem Kegelstumpf mit einem aufgesetzten Schneckengang, bei
dessen Drehung Luft aus einem Luftzuführraum nach unten in Förderrichtung
des Schneckenganges befördert
wird. Ist der Belüfter 38 in
Wasser eingetaucht, wird bei einer schnellen Drehzahl des Belüfters 38 kontinuierlich Luft
in das umgebende Wasser gedrückt.
Der in der Luft enthaltene Sauerstoff wird von den Bakterien benötigt, um
im Rahmen einer biologischen Klärstufe die
chemikalischen Verbindungen, die sich im Schmutzwasser 12 befinden,
zu unschädlichen
Substanzen weiter zu verarbeiten. Im Ausfüh rungsbeispiel bekommt der
Belüfter 38 Frischluft
durch ein Belüftungsrohr 40.
Bei entsprechender Stellung des Schiebers 30 und einer
entsprechenden Rohrführung des
Zulaufes 20 und/oder des Ablaufes 22 kann die Frischluft
auch von der Pumpe 26 dem Belüfter 38 zugeführt werden.
Auch kann im Mehrwegeventil 24 ein gesonderter Frischluftanschluß vorgesehen
sein, der durch die Betätigung
des Schiebers 30 für
die Frischluftzufuhr freigegeben werden kann. Die Pumpe ist dann
dazu geeignet, neben dem Schmutzwasser 12 und dem Klarwasser 14 zusätzlich auch
Luft für
die Belüftung
der Klärkammer 6 zu
fördern.
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Der
Antrieb der Pumpe 26 kann durch einen in die Pumpe 26 integrierten
Elektromotor erfolgen. Davon abweichend kann ein Motor 42 jedoch
auch neben der Pumpe 26 angeordnet sein, um diese über ein
Getriebe oder einen Keilriemen anzutreiben, oder ein Motor 42 treibt
ausschließlich
den Belüfter 38 an, oder
der Motor 42 treibt sowohl die Pumpe 26 wie auch
den Belüfter 38 an.
Der Motor 42 kann auch beabstandet zur Pumpvorrichtung 18 im
Klärbehälter 4 oder
außerhalb
desselben angeordnet sein.
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Die
in 3 dargestellte Pumpvorrichtung 18 verfügt in dem
dort dargestellten Ausführungsbeispiel über eine
elektronische Steuerung 46, die auch als Regelung ausgelegt
sein kann. Über
eine geeignete Software steuert die Steuerung 46 den Betrieb der
Pumpe 26 und die Schaltstellung des Schiebers 30 über Stellsignale
an den Stellmotor 32. Um den Zulauf von Schmutzwasser 12 zu
ermöglichen, schaltet
die Steuerung 46 die Pumpe 26 ein und gibt dem
Stellmotor 32 den Stellbefehl, den Schieber 30 in
eine Position zu bewegen, in der dieser den Ablauf 22 verschließt und den
Zulauf 20 freigibt. Auf diese Weise kann die Pumpe 26 dann
Schmutzwasser 12 ansaugen.
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Als
Alternative zu einer Ansaugung von Schmutzwasser 12 durch
die Pumpe 26 kann diese – insbesondere wenn diese nur
in eine Wirkrichtung betreibbar ist – einen kurzen Förderstoß von Wasser in
den Zulauf 20 hineindrücken.
Wird die Pumpe 26 nach einem kurzen Druckstoß gestoppt,
so neigt das in den Zulauf 20 hineinbeförderte Wasser dazu, zurückzulaufen
und dadurch einen Sog für
nachlaufendes Schmutzwasser 12 zu erzeugen. Auf diese Weise
kann der Zulauf von Schmutz wasser 12 in die Klärkammer 6 bewirkt
werden, ohne daß das
sämtliche
Volumen des in die Klärkammer 6 einlaufenden Schmutzwassers 12 gepumpt
werden müßte.
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Soll
Klarwasser 14 aus der Klärkammer 6 abgefördert werden,
so schaltet die Steuerung 46 die Pumpe 26 ein
und gibt dem Stellmotor 32 den Befehl, den Schieber 30 in
eine Position zu bewegen, in der dieser den Zulauf 20 verschließt und den
Ablauf 22 freigibt. Darüber
hinaus kann die Steuerung 46 die Pumpe 26 oder
den Motor 42 einschalten, um das in der Klärkammer 6 vorhandene
Wasser zu belüften. Je
nach Auslegung der Pumpvorrichtung 18 kann die Steuerung 46 den
Belüfter 38 auch
isoliert ein- oder ausschalten.
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Der
Zulauf 20 ist über
eine Verbindungsleitung mit einem Sensor 48 verbunden, über den
Qualitätsparameter
des durch den Zulauf 20 beförderten Schmutzwassers 12 ermittelbar
sind. Der Sensor 48 kann beispielsweise den Trübungsgrad,
pH-Wert, Salzgehalt
oder andere Parameter messen, die für die Bestimmung der Wasserqualität bedeutsam
sind. Je nach dem, ob die vom Sensor 48 ermittelten Daten
sich innerhalb vorgegebener Stellwerte bewegen oder nicht, kann
die Steuerung 46 in Abhängigkeit der
an diese übermittelten
Sensordaten die Vorrichtung 2 oder ihre Komponenten auf
einen Störungsmodus
umschalten. Der Störungsmodus
kann darin bestehen, daß der
Zulauf 20 oder der Ablauf 22 vom Schieber 30 blockiert
werden, die Pumpe 26 stillgelegt wird und/oder ein Alarmsignal
ausgegeben wird. Das Alarmsignal kann optisch, akustisch, elektrisch und/oder
auf dem Funkwege übermittelt
werden. Die ermittelten Sensordaten können auch von der Steuerung 46 oder
vom Sensor 48 selbst gespeichert werden, so daß aufgrund
der gespeicherten Daten eine Dokumentation über die jeweils ermittelten
Sensorwerte vorhanden ist.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist der Sensor 48 in einem Gehäuse eingebaut, das über einen lösbaren Anschluß 50 mit
der Verbindungsleitung verbunden ist. Auf diese Weise ist der Sensor 48 leicht
austauschbar, beispielsweise für
Kontroll- oder Wartungszwecke. Der Sensor 48 kann in einen
Behälter
eingebaut sein, der wasserdicht ausgebildet ist, so daß in dem
Behälter
eine Wassermenge speicherbar und kontrollierbar ist. In einer bevorzugten
Ausgestaltung verfügt
der Behälter über eine
separate Zulauf- und Ablauföffnung, über die
der Behälter
mit einer Testcharge befüllbar
und nach einem Testlauf wieder entleerbar ist. Der Behälter ist
von der Anschlußleitung,
mit er mit dem Zu- bzw. Ablauf 20, 22 verbunden
ist, trennbar.
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In 4 findet
sich ein Vorschlag, wie die Pumpe 26 und das Mehrwegeventil 24 als
gemeinsame Baueinheit in der Vorrichtung 2 montierbar sind. Das
Mehrwegeventil 24 ist zusammen mit der Pumpe 26 in
ein Gehäuse 44 eingebaut,
das diese Komponenten umgibt. Die Montage der auf diese Weise realisierten
Baueinheit ist einfach, indem das Gehäuse 44 in eine Klärkammer 6 eingehängt oder
dort an einer Wandung befestigt wird. Als Gehäuse 44 sind wiederum
Standardrohre, beispielsweise aus PVC hergestellt, verwendbar, die
kostengünstig
zu beschaffen und zu bearbeiten sind.