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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Saugvorrichtung, deren Betrieb
von Ansaugen einer Flüssigkeit
aus einem Flüssigkeitsvorrat
auf das Ansaugen von Gas umschaltbar ist.
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Saugvorrichtungen
der eingangs genannten Art lassen sich dazu einsetzen, eine Flüssigkeit
aus einem Vorrat abzufördern,
bei Bedarf jedoch auf die Förderung
eines Gases umzuschalten, wie beispielsweise der über den
Flüssigkeitsvorrat
vorhandenen Atmosphärenluft.
Ein spezielles Einsatzgebiet derartiger Vorrichtungen sind Kleinkläranlagen,
bei welchen Abwasser aus einer Vorklärkammer über eine Trennwand in die eigentliche
Klärkammer
befördert werden
muß. Zeitweise
ist das Abwasser in der Klärkammer
aus verfahrenstechnischen Gründen
zu belüften.
Hierzu schaltet die Saugvorrichtung auf den Gasförderbetrieb um, so dass sauerstoffhaltige
Luft in die Klärkammer
eingetragen wird.
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Bei
derartigen Anlagen sowie in vielen anderen Anwendungsfällen ist
es erwünscht,
das Umschalten zwischen Flüssigkeits-
und Gasförderung ohne
grösseren
verfahrenstechnischen Aufwand durchzuführen, insbesondere unter Verzicht
auf aufwendige Steuereinrichtungen, die zu einem erhöhten Konstruktions-
und Wartungsaufwand führen
und überdies
gegebenenfalls durch eine externe Energiequelle und Steuerleitungen
betrieben werden müssen.
Insbesondere möchte
man den Einsatz von Magnetventilen oder dergleichen vermeiden, da
diese störanfällig sind.
Darüber
hinaus kann es notwendig sein, den Wechsel zwischen Flüssigkeits-
und Gasförderung
automatisch in Abhängigkeit
von bestimmten Bedingungen durchzuführen, wie etwa dem Stand des
Pegels im Flüssigkeitsvorrat.
Der Einsatz zusätzlicher
Meßeinrichtungen
zur Erzeugung eines Umschaltsignals führt jedoch zu weiterem Aufwand.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Saugvorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach gestaltet ist und
das Umschalten zwischen Flüssigkeits-
und Gasförderung automatisch
vornimmt, und zwar unter Verzicht auf konstruktiv aufwendige Umschalt-
und Meßeinrichtungen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Saugvorrichtung gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Saugvorrichtung
umfaßt
eine Saugleitung, an deren Mündung
ein Schwimmkörper
angebracht ist, der an seiner Unterseite offen ist. Auf einer Höhe oberhalb
seines unteren Randes weist der Schwimmkörper zumindest eine Öffnung auf.
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Befinden
sich sowohl die offene Unterseite als auch die Öffnung des Schwimmkörpers unterhalb des
Spiegels des Flüssigkeitsvorrats,
wird ausschließlich
Flüssigkeit
durch die Saugleitung angesaugt. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel relativ zum Schwimmkörper auf
ein Niveau unterhalb der Öffnung,
kann Luft durch die Öffnung
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
angesaugt und durch die Saugleitung befördert werden. Diese Situation
kann beispielsweise eintreten, wenn der Flüssigkeitsvorrat so weit geleert
wird, dass der Schwimmkörper
mit seinem unteren Rand auf dem Boden aufliegt und weiter abgesaugt
wird, bis die Öffnung
freiliegt. Es versteht sich jedoch, dass der Schwimmkörper auch
auf einer bestimmten Höhe
im Flüssigkeitsvorrat
gehalten und am weiteren Absinken gehindert werden kann, während der
Pegel weiter sinkt, wie etwa durch einen Anschlag, auf dem der Schwimmkörper aufliegt,
oder durch Festhalten der Aufhängung
des Schwimmkörpers,
wie etwa der Saugleitung selbst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Schwimmkörper
der Saugvorrichtung derart ausgebildet, dass er in einem Zustand,
in dem er vollständig
mit Flüssigkeit
gefüllt
ist, im Flüssigkeitsvorrat
mit einem Tiefgang schwimmt, bei welchem die Öffnung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
des Vorrats liegt. Ist der Schwimmkörper hingegen nur bis zur Öffnung gefüllt, ist
der Tiefgang geringer, so dass die Öffnung oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
liegt. Der letztgenannte Zustand, in welchem der Schwimmkörper nur
teilweise gefüllt
ist, wird in der oben beschriebenen Umschaltsituation erreicht,
in der die Öffnung
bei sinkendem Pegel plötzlich
freigegeben wird. Saugleitung und Schwimmkörper leeren sich soweit, daß das verminderte
Eigengewicht den Schwimmkörper
aufsteigen läßt, so dass
sein Tiefgang geringer ist als im vollständig gefüllten Zustand und die Öffnung deutlich über dem
Flüssigkeitsspiegel
liegt. Das bedeutet, dass ein ruckartiges Anheben des Schwimm körpers auftritt,
so dass ungehindert Luft durch die Öffnung angesaugt werden kann.
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Vorzugsweise
umfaßt
die erfindungsgemäße Saugvorrichtung
einen oberen und einen unteren Anschlag zur Begrenzung der Auf-
und Abbewegung des Schwimmkörpers.
Die Anschläge
können
innerhalb des Flüssigkeitsvorrats
angebracht sein und bewirken, dass sich die Zyklen der Flüssigkeitsförderung
und der Gasförderung
abwechseln. Liegt der Flüssigkeitsspiegel
im Flüssigkeitsvorrat
deutlich höher
als der obere Anschlag, bleibt der auftreibende Schwimmkörper am
Anschlag hängen
und kann sich nicht weiter aufwärts
bewegen. Deshalb wird ausschließlich
Flüssigkeit
durch die Saugleitung abgesaugt. Sinkt der Pegel auf eine Niveau
unterhalb des oberen Anschlags, kann der gefüllte Schwimmkörper zwischen
den Anschlägen
frei schwimmen, bis der Pegel auf ein Niveau absinkt, bei welchem
der Schwimmkörper
mit seinem unteren Rand am unteren Anschlag anliegt. Dann wird die Öffnung bei
weiter sinkendem Pegel frei, und Luft wird angesaugt. Das Ansaugen
von Luft wird zunächst
auch fortgesetzt, wenn der Pegel durch ein Befüllen des Vorrats steigt, da
sich die Öffnung
des jetzt nur teilweise gefüllten
Schwimmkörpers
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
befindet. Erreicht der Pegel jedoch wieder ein Niveau oberhalb des
oberen Anschlags, tauchen die Öffnungen
des festgehaltenen Schwimmkörpers wieder
in die Flüssigkeit
ein, und die Flüssigkeitsförderung
beginnt aufs Neue.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert.
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Die 1 bis 3 stellen
verschiedene Phasen der Förderung
durch eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Saugvorrichtung
dar.
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Die
in 1 dargestellte Saugvorrichtung 10 ist
innerhalb eines Behälters
angeordnet, der eine erste Kammer 12 und eine zweite Kammer 14 umfaßt, die
durch eine Trennwand 16 voneinander getrennt sind. Beide
Kammern 12, 14 sind mit einer Flüssigkeit
wie etwa Wasser gefüllt.
In der zweiten Kammer 14 ist eine Tauchpumpe 18 angeordnet,
deren untere Saugseite 20 unterhalb des in 1 mit 22 bezeichneten
Flüssigkeitsspiegels
der zweiten Kammer 14 liegt und deren Druckseite an eine Mischleitung 24 angeschlossen
ist, deren Mündung 26 unterhalb
des Flüssigkeitsspiegels 22 liegt.
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Die
Saugvorrichtung 10 umfaßt eine Saugleitung 28,
die an einer Abzweigungsstelle 30 von der Mischleitung 24 abzweigt
und über
die Trennwand 16 hinweg in die erste Kammer 12 ragt.
Die Saugleitung 28 kann als flexiber Schlauch ausgebildet
sein. Die erste Kammer 12 beinhaltet einen Flüssigkeitsvorrat 32,
dessen Flüssigkeitsspiegel
mit 34 bezeichnet ist.
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Die
Mündung
der Saugleitung 28 umfaßt einen Schwimmkörper 36,
der etwa zylinderförmig
ausgebildet und an seiner Unterseite 38 offen ist. Der Schwimmkörper 36 nimmt
im Flüssigkeitsvorrat 32 stets
eine stabile Gleichgewichtslage ein, in welcher seine offene Seite 38 nach
unten gerichtet ist. Auf einer Höhe
oberhalb seines unteren Randes 40, der die offene Unterseite 38 begrenzt,
umfaßt
der Schwimmkörper 36 eine
Anzahl auf gleicher Höhe angeordneter Öffnungen 42 in
seiner Umfangswand.
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Der
Schwimmkörper 36 ist
in der ersten Kammer 12 derart frei an der Saugleitung 28 aufgehängt, dass
er sich innerhalb der ersten Kammer 12 schwimmend aufwärts und
abwärts
bewegen und einer Veränderung
der Höhe
des Flüssigkeitsspiegels 34 folgen
kann. Die Auf- und Abwärtsbewegung
des Schwimmkörpers 36 wird
jedoch durch einen oberen Anschlag 44 und einen unteren
Anschlag 46 begrenzt, zwischen denen sich der Schwimmkörper 36 bewegt.
In 1 liegt der Wasserpegel innerhalb der ersten Kammer 12 deutlich
höher als
in der zweiten Kammer 14 und befindet sich oberhalb des
oberen Anschlags 44. Aufgrund des Auftriebs des Schwimmkörpers 36 bleibt
dieser am oberen Anschlag 44 hängen und kann sich nicht weiter
aufwärts
bewegen. Wird in dieser Situation die Tauchpumpe 18 betrieben,
wird in die zweite Kammer 14 Wasser durch die Mischleitung 24 gefördert, und
an der Abzweigung 30 wird nach dem Venturi-Prinzip Wasser
durch die Saugleitung 28 in die Mischleitung 24 eingesaugt,
so dass das entstehende Wassergemisch aus der Mündung 26 in die zweite
Kammer 14 austreten kann. Da in der Situation in 1 sowohl
die offene Unterseite 38 als auch die Öffnungen 42 des Schwimmkörpers 36 unter
dem Flüssigkeitsspiegel 34 in
der ersten Kammer 12 liegen, wird ausschließlich Wasser
aus dem Flüssigkeitsvorrat 32 angesaugt.
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Sinkt
der Pegel in der ersten Kammer 12 unter das Niveau des
oberen Anschlags 44, sinkt auch der im Flüssigkeitsvorrat 32 schwimmende Schwimmkörper 36 gemeinsam
mit dem Flüssigkeitsspiegel 34.
Der Schwimmkörper 36 ist
derart gestaltet, dass er im vollständig mit Flüssigkeit gefüllten Zustand
schwimmend so weit in den Flüssigkeitsspiegel
eingetaucht ist, dass die Öffnungen 42 in
seiner Umfangswand unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 34 liegen
(nicht dargestellt). Das bedeutet, dass bei zunächst sinkendem Pegel weiter
Wasser durch die Saugleitung 28 angesaugt wird.
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Bei
weiter fallendem Pegel wird schließlich die Situation in 2 erreicht,
bei der der Schwimmkörper 36 mit
seinem unteren Rand 40 am unteren Anschlag 46 hängenbleibt
und sich infolgedessen nicht weiter abwärts bewegen kann, während der Flüssigkeitsspiegel 34 des
Vorrats 32 weiter fällt
und die Öffnungen 42 freigegeben
werden. In dieser Situation wird Luft durch die Saugleitung 28 angesaugt und
erzeugt an der Einmündung 30 ein
Wasser-Luft-Gemisch,
das durch die Mündung 26 austritt. Durch
die angesaugte Luft wird der Wasserstrom unterbrochen, und die Saugleitung 28 leert
sich. Das Gewicht des Schwimmkörpers 36 nimmt
durch die eindringende Luft ab, und er taucht ruckartig so weit auf,
dass die Öffnungen 42 sich
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 34 befinden,
wie es in 3 dargestellt ist. Der Flüssigkeitsspiegel 34 in
der ersten Kammer 12 kann dann nicht weiter fallen, steigt
jedoch nicht, bis neues Wasser von außerhalb in die erste Kammer 12 eingeführt wird.
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Die
erfindungsgemäße Saugvorrichtung 10 schaltet
also in der Situation in 2 automatisch vom Ansaugen von
Wasser auf das Ansaugen von Luft oberhalb des Wasserspiegels 34 um,
und zwar dann, wenn der Wasserspiegel 34 unter die Öffnungen 42 des
Schwimmkörpers 36 gefallen
ist, der am unteren Anschlag 46 festgehalten und am weiteren Absinken
gehindert wird. Da die untere Position des Schwimmkörpers 36 durch
die Höhe
des unteren Anschlags 46 festgelegt ist, stellt die Höhe des Wasserstands 34 die
Bedingung für
das automatische Umschalten auf die Luftförderung dar. Es sind also keine weiteren
Meß- oder
Umschaltvorrichtungen erforderlich.
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Es
wird ergänzend
angemerkt, dass in der Situation in 1, in welcher
der Wasserstand in der ersten Kammer 12 wesentlich höher ist
als in der zweiten Kammer 14, das Ansaugen von Wasser durch
die Saugleitung 28 nach einem kurzen Pumpstoß durch
die Tauchpumpe 18 lediglich durch hydrostatischen Druck
nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren selbsttätig erfolgt,
bis sich die Wasserstände
angeglichen haben oder der Strom durch das Eindringen von Luft unterbrochen
wird.
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Die
vorliegende Erfindung läßt sich
insbesondere auf Kleinkläranlagen
anwenden, in denen die erste Kammer 12 eine Vorklärkammer
zum Abscheiden von Grobstoffen und die zweite Kammer 14 die
eigentliche Klärkammer
bilden. Die Saugvorrichtung 10 kann dann zum Beschicken
der Klärkammer 14 mit
Abwasser aus der Vorklärkammer 12 dienen, in
welche in unregelmäßigen Abständen Schmutzwasser
zuläuft.
Nach dem Beschicken mit Abwasser kann durch Umschalten der Saugvorrichtung 10 auf Luftförderung
eine Belüftungsphase
beginnen, in welcher Luft gemäß 2 und 3 in
die Klärkammer 14 eingeleitet
wird.