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Abwasserdrossel
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Die Erfindung betrifft eine Drossel zur Verminderung des Durchflusses
von Flüssigkeit, insbesondere von verschmutzten Abwässern, mit einer flachen senkrecht
angeordneten, im Querschnitt runden Wirbelkammer mit einem im Bereich ihrer Unterseite
etwa tangentialen Flüssigkeitseinlaß und einem etwa mittig in der seitlichen Kammerwand
angeordneten seitlichen Flüssigkeitsabfluß.
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Drosseln dieser Art werden beispielsweise in der allgemeinen Verfahrenstechnik
bei der gedrosselten Entleerung von Behältern angewendet, die mit schwierig zu handhabenden
Flüssigkeiten gefüllt sind.
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Eine Abwasserdrossel der eingangs genannten Art ist bereits bekannt
(Prospekt: HYDRO-BRAKE LIQUID FLOW CONTROLS).
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Diese bekannte Abwasserdrossel weist eine Wirbelkammer mit einem flachzylindrischen
Gehäuse auf, das im Querschnitt etwa die Form einer logarithmischen Spirale aufweist.
Im
Bereich der Unterseite ist in der zylindrischen Außenwand eine
im Querschnitt rechteckige Öffnung angeordnet, durch die Flüssigkeit in das Innere
der Wirbelkammer eintreten kann. Die Außenwand der Wirbelkammer verläuft unmittelbar
hinter der Einlaßöffnung horizontal.
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Eine vertikal aufgestellte Wirbelkammer für den Ablauf aus Gullies
ist ebenfalls bekannt (DE-OS 22 15 565). Hierbei handelt es sich um eine Kombination
aus einem intermittierend arbeitenden Flüssigkeitsheber mit einer nachgeschalteten
Wirbeldrossel, aus der der Ablauf seitlich herausführt und dann nach unten zeigt.
Die Wirbelkammer enthält einen nach innen gerichteten Vorsprung als Luftstabilisator,
der die in der Wirbelkammer enthaltene Luft anfänglich teilweise festhalten soll.
Dadurch ergibt sich eine Abflußkurve mit einer stark ausgeprägten Hysterese.
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Ebenfalls bekannt ist eine flache, horizontal oder leicht schräg liegende
Wirbelkammer (DE-PS 2 643 029). Diese Abwasserdrossel ist nur für die trockene Aufstellung
in einem separaten Schacht hinter einem Regenbecken und nicht in einem Regenbecken
geeignet. Die Drossel weist eine zentrische Belüftung auf. Die Wirbelkammer ist
normalerweise zylindrisch, ihr Außenmantel kann jedoch auch bogenförmig ausgebaucht
sein.
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Weiterhin bekannt ist eine Wirbelkammereinrichtung mit einer trichterförmigen
Wirbelkammer, bei der die Konusachse ebenfalls horizontal verlaufen kann. Auch diese
Vorrichtung ist zur trockenen Aufstellung gedacht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abwasserdrossel
im
Hinblick auf einen verbesserten Wirkungsgrad weiterzuentwickeln.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
Einlaß von einem Rohrstutzen gebildet ist, der mit der Waagrechten einen Winkel
zwischen 15 und 45°, vorzugsweise einen Winkel von 30° bildet. Ein derart angeordneter
Rohrstutzen führt zu einer besser geführten Flüssigkeitsströmung in der Wirbelkammer
und daher zu einem höheren Wirkungsgrad d.h. zu einer stärken Verminderung des Durchflußes
der Flüssigkeit bei unverändert großen Einlaß- und Auslaßöffnungen.
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Gleichzeitig wird durch die von der Erfindung vorgeschlagene Abwasserdrossel
die Störanfälligkeit gegenüber Festkörpern verbessert. Aufgrund des schrägen Rohrstutzens
ist die Eingangsöffnung beiseitig von nach unten abfallenden Flächen begrenzt, so
daß Gegenstände aus der Wirbelkammer wieder herausgelangen können.
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In Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß der Querschnitt der Kammer
im wesentlichen kreisrund ist. Es hat sich herausgestellt, daß der kreisrunde Querschnitt
gegenüber dem Querschnitt einer angenäherten logarithmischen Spirale einen verbesserten
Wirkungsgrad erzeugt.
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Die Erfindung schlägt vor, daß der Rohrstutzen an seiner der Wirbelkammer
zugewandten Seite eine den Querschnitt in Strömungsrichtung allmählich vermindernde
einseitige Einschnürung aufweist, die nach Art eines Spoilers oder einer Rampe wirkt.
Auch dies führt zu einer verbesserten Flüssigkeitsführung in der Wirbelkammer und
damit zu einer stärkeren Verminderung des Durchflusses durch die Anordnung.
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Ebenfalls kann vorgesehen sein, daß der Stutzen kurz ausgebildet
ist
und die Kanten seines freien Endes in einer senkrecht verlaufenden Ebene liegen.
Damit wird der Stutzen also schräg abgeschnitten ausgebildet, so daß die Einlaßöffnung
scheinbar vergrößert ist. Der Stutzen kann dabei so kurz ausgebildet sein, daß er
an seiner kürzesten Seite nur noch etwas über den kreisförmigen Außenumfang des
Wirbelkammergehäuses vorsteht.
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In Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß der Außenmantel der Kammer
im Längsschnitt nach außen bogenförmig ausgebaucht ist. Dies führt zu einer verbesserten
mechanischen Stabilität der Wirbelkammer und ebenfalls zu einer Verbesserung des
Wirkungsgrades.
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Eine besonders günstige Form der Wirbel kammer ist dann gegeben, wenn,
wie die Erfindung ebenfalls vorschlägt, der Außenmantel der Kammer die Form zweier
spiegelbildlich angeordneter zusammengesetzter gewölbter Halbschalen aufweist.
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Die Erfindung sieht vor, daß die Wirbelkammer im Bereich ihrer höchsten
Stelle ein Lüftungsloch aufweisen kann, das vorzugsweise gegenüber der höchsten
Stelle in einer der Einströmrichtung der Flüssigkeit entgegengesetzten Richtung
etwas versetzt angeordnet ist. Dies bedeutet, daß es in Richtung der Wirbelströmung,
die an der Oberseite entgegengesetzt zur Einlaßströmung verläuft, versetzt ist.
Durch dieses Lüftungsloch wird beim Ansteigen des Wassers das Ausströmen der in
der Kammer enthaltenen Luft ermöglicht, so daß ein Hysterese-Effekt vermieden wird.
Dies führt zu genauen reproduzierbaren Verhältnissen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie
anhand der Zeichnung.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Abwasserdrossel
nach der Erfindung; Fig. 2 die gleiche Ansicht bei einem mittleren Wasserstand;
Fig. 3 die gleiche Ansicht bei überfluteter Abwasserdrossel; Fig. 4 einen Querschnitt
durch die Wirbelkammer der Abwasserdrossel nach Fig. 1 bis 3; Fig. 5 eine Aufsicht
auf die Abwasserdrossel von oben; Fig. 6 einen der Fig. 4 entsprechenden Schnitt
durch eine andere Ausführungsform; Fig. 7 die Anordnung einer erfindungsgemäßen
Abwasserdrossel in einem Schacht.
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Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Wirbelkammer 11 nach
der Erfindung, die gewölbt ausgebildet ist und aus zwei spiegelsymmetrischen Hälften
zusammengesetzt ist. Die Symmetrieebene ist durch die Linie 12 angedeutet. An ihrer
in
Fig. 1 rechten hinteren Flachseite enthält die Wirbelkammer 13 einen etwa mittig
angeordneten seitlich herausführenden Wasserauslaß 13 in Form eines Rohres.
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Die Wirbelkammer 11 ist im Prinzip zur Längsmittelachse des Wasserauslaßes
13 rotationssymmetrisch ausgebildet.
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In die Wirbelkammer mündet tangential ein Rohrstutz-en 14 ein, der
den Wassereinlaß bildet. Dieser Rohrstutzen verläuft tangential zur Außenseite der
Wirbelkammer 11 und ist gegenüber einer waagrechten Linie um einen Winkel von 30°
geneigt.
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Der Rohrstutzen 14 ist schräg abgeschnitten, so d-aß die Kante 15
des freien Endes des Rohrstutzens 14 in einer senkrechten Ebene liegt und etwa die
Form einer Ellipse aufweist. Der Rohrstutzen 14 ist sehr kurz ausgebildet, so daß
er an seiner Oberseite 16, an der er am kürzesten ist, praktisch nur unbedeutend
über die Oberfläche der Wirbelkammer 11 vorsteht. Durch diese Anordnung des Rohrstutzens
14 wird der Zulaufstrom an die Außenseite des Wirbelkammerinneren gelenkt, was eine
Vergrößerung des Anfangsradius der Wirbelströmung und damit eine Verbesserung des
Fließwiderstandes bewirkt.
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An der Oberseite der Wirbelkammer 11 enthält diese ein Lüftungsloch
17, das in der durch die Linie 12 angedeuteten Symmetrieebene liegt und leicht gegenüber
der höchsten Stelle der Wirbel kammer 11 versetzt ist. Diese Öffnung 17 erlaubt
das Entweichen und Nachströmen von Luft. Dies gibt dem Gerät eine hysteresefreie,
reproduzierbare und stationäre Ablußcharakteristik.
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In der Mitte der Seitenwand der Wirbelkammer 11 befindet sich der
Wasserauslaß 13. Dieser Auslaß dient dem Anschluß an die weiterführende Rohrleitung.
Die Verbindung zur weiterführenden Rohrleitung kann z.Bsp. durch Einstecken und
Abdichten mit Hilfe eines Ohrringes erfolgen. Der Wasserauslaß 13 kann, bündig mit
der seitlichen Kammerwand, eine austauschbare Ausgangsblende 22 aufweisen, mit der
sich der Fließwiderstand der Drossel stufenlos verstellen läßt.
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Die Wirbelkammer 11 enthält an ihrer äußeren Oberfläche eine gürtelartige
Markierung 18, die von der Seite her gesehen als horizontal verlaufende Linie ausgebildet
ist. Mit Hilfe dieser Markierung läßt sich die Abwasserdrossel in der korrekten
Stellung montieren und die Kontrolle der exakten Positionierung der Abwasserdrossel
wird erleichtert.
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Die von der Erfindung vorgeschlagene Abwasserdrossel wird in einem
Schacht montiert, der normalerweise teilweise mit Wasser gefüllt ist. Das Wasser
strömt durch den Stutzen 14 in das Innere der Wirbelkammer 11 und von dort aus durch
den Auslaß 13 in eine weiterführende Leitung. Da der Wasserauslaß 13 höher liegt
als der Rohrstutzen 14, ist die Drossel stets knapp zur Hälfte ins Wasser eingetaucht.
Sie wirkt so gleichzeitig als Geruchsverschluß, als Schwimmstoff-und Öl sperre.
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Fig. 2 zeigt die Abwasserdrossel bei einem mittleren Wasserstand,
der schematisch bei 19 angedeutet ist. Der äußere Wasserstand 19 liegt bei dem dargestellten
Beispiel in der Höhe der Markierung 18. Die Wirbelkammer 11 ist teilgefüllt.
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Das Wasser strömt, wie durch die Pfeile 21 angedeutet, senkrecht zu
der durch die Kante 15 des Rohrstutzens 14 gebildete
Fläche ins
Innere der Wirbelkammer 11, in der sich ein nichtrotationssymmetrischer Wasserkörper
20 einstellt. Trotz des tangentialen Eingangsimpulses der Wasserströmung findet
keine Rotation des Wassers statt. Das Wasser strömt aus der Wirbelkammer 11 durch
den Wasserauslaß 13 in eine weiterführende Rohrleitung. Das Wasser steht innerhalb
der Wirbelkammer 11 nicht ganz so hoch, wie außerhalb.
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Steigt das Wasser innerhalb der Wirbelkammer 11 weiter an, so kann
die Luft aus dem eingeschlossenen Inneren durch das Lüftungsloch 17 entweichen.
Bei höherem Wasserstand stellt sich die in Fig. 3 dargestellte Lage ein, bei der
die Wirbelkammer 11 vollständig überflutet ist, die Wasserhöhe ist ebenfalls mit
19 angedeutet. Das Innere der Wirbelkammer 11 ist vollständig frei von Luft, und
es stellt sich eine kräftige und stabile Wirbelströmung ein. Da in diesen überstauten
Zustand ein geringes Druckgefälle vom Außenwasser zur Wirbelkammer hinein entsteht,
wird das Lüftungsloch 17 leicht von außen nach innen von Wasser durchströmt. Falls
es dabei zu einer Verstopfung dieses Loches kommt, wird diese spätestens beim nächsten
Anstau von der nach außen drückenden Luft wieder ausgeblasen.
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Die Ausgangsblende 22 ist so angeordnet, daß sie auch nachträglich
ausgewechselt werden kann.
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Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Wirbelkammer 11 der Anordnung
nach Fig. 1 bis 3. Der Querschnitt ist durch die Symmetrieebene gelegt, die in Fig.
1 bis 3 durch die Linie 12 angedeutet ist. Der Außenumfang 23 des Querschnittes
der Fig. 4 ist kreisförmig, mit Ausnahme des Rohrstutzens
14. Der
Wasserauslaß 13, der ebenfalls kreisrund ist, ist konzentrisch zum Außenumfang 23
angeordnet.
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Die Unterkante 24 des den wassereinlaßbildenden Rohrstutzens 14 verläuft
unter einem Winkel von etwa 30° gegenüber der Horizontalen. Der Rohrstutzen 14 ist
an seinem freien Ende 25 schräg abgeschnitten, wobei die Schnittebene senkrecht
verläuft. Die Wasserströmung tritt etwa senkrecht zu der Ebene des freien Endes
25 des Einlaßstutzens 14 ein und wird damit gegen die Innenseite des Außenumfanges
23 der Wirbelkammer 11 geleitet. Der Rohrstutzen 14 ist so kurz, daß er an seiner
Oberseite 16, an der er am kürzesten ist, praktisch unmittelbar neben dem kreisförmigen
Außenumfang 23 der Wirbelkpmmer 11 aufhört.
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Die Lüftungsöffnung 17 ist in der gleichen Richtung gegenüber der
höchsten Stelle der Wirbelkammer 11 versetzt, in der die Flüssigkeitsströmung an
dieser Stelle strömt. Da die Flüssigkeitsströmung an der Unterseite in Fig. 4 nach
rechts gerichtet ist, ist sie auf der Oberseite nach links gerichtet, so daß also
die Lüftungsöffnung 17 in Fig. 4 nach links über der höchsten Stelle versetzt ist.
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Fig. 5 zeigt nun eine Aufsicht auf die Anordnung in Fig.
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4 von oben, aus der die flache Form der Wirbelkammer 11 zu sehen ist.
Die in Fig. 1 bereits angesprochene Linie 12, die die Symmetrieebene der Wirbelkammer
11 darstellt, ist gleichzeitig die Verbindungsstelle der beiden symmetrisch ausgebildeten
Hälften der Wirbelkammer 11. Das Lüftungsloch 17 liegt auf dieser Linie 12. Die
Form der beiden Hälften
der Wirbel kammer 11 ist so gewählt, daß
sie einen mittleren Bereich 26 mit kleinerer Krümmung aufweisen. Zum Randbereich
27 hin wird die Krümmung dann größer bzw. der Radius kleiner.
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An der Verbindungsstelle gehen die beiden Halbschalen glatt ineinander
über.
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Diese gewölbte Form der Wirbelkammer 11 hat den Vorteil, daß sie sehr
stabil ist. Die Wandstärken bei stählernen Drosselgehäusen lassen sich gegenüber
den bisher bekannten zylindrischen Wirbel kammern wesentlich verringern. Auch Kunststoffe
wie tiefgezogenes Polyäthylen oder PVC oder auch glasfaserverstärktes Polyester
können nun trotz ihrer geringeren Festigkeit und ihrer großen Elastizität nun eingesetzt
werden.
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Die von der Erfindung vorgeschlagene Abwasserdrossel weist eine gut
ausgerundete Wirbelkammer auf, die wegen fehlender toter Ecken und der vergleichsweise
kleineren Oberfläche des Gehäuseinneren strömungsgünstiger ist. Dadurch werden schädliche
Reibungseinflüsse verkleinert. Die schräg abgeschnittene Zulaufdüse ist sehr wirksam.
Das Wasser tritt senkrecht zum schrägen Rohranschnitt in den kurzen Rohrstutzen
14 ein und wird dadurch nach außen gelenkt, ohne daß eine Querschnittseinschnürung
notwendig wird. Dies führt zu einer Vergrößerung des Anfangsradius der Wirbelströmung
und damit zu einer Verbesserung des Fließwiderstandes. Die strömumgsgünstige Form
der Wirbelkammer und der Übergang von der Zulaufdüse in die Wirbelkammer sowie das
günstige Verhältnls
von Innenwandfläche zu Wasservolumen geben
dieser Drossel einen großen Fließwiderstand. Durch den schrägen Anschnitt der Zulaufdüse
wird das Verstopfungsrisiko verkleinert.
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Die Drossel weist eine definierte und reproduzierbare Abflußkurve
ohne nennenswerte Hysterese auf.
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Fig. 6 zeigt eine teilweise abgeänderte Ausführungsform, bei der der
Flüssigkeitseinlaß durch einen etwas längeren Rohrstutzen 28 gebildet ist. Der Rohrstutzen
28 verläuft wiederum unter einem Winkel von etwa 30° gegenüber der Horizontalen.
Auf seiner der Wirbelkammer 11 zugewandten Seite 29 enthält er eine Einschnürung
30. Diese ist derart angeordnet und ausgebildet, daß sie in Strömungsrichtung gesehen
eine allmähliche Verringerung des Innenquerschnitts des Rohrstutzens 28 bildet,
so daß sie wie ein Spoiler wirkt.
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Die Strömung wird dadurch verstärkt in Richtung auf die Außenwand
der Wirbelkammer 11 gelenkt.
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Fig. 7 zeigt die Anordnung der Abwasserdrossel nach der Erfindung.
In einen Schacht 31, beispielsweise aus Beton, mündet von der Seite her ein Abwasserrohr
32. Tiefer als das Abwasserrohr 32 ist in dem Schacht 31 eine wegführende Leitung
33 angeordnet, auf die von der Innenseite des Schachtes 31 her die Abwasserdrossel
mit ihrer Wirbelkammer 11 aufgesetzt ist. Der Schacht 31 ist normalerweise bis etwa
zur Mitte der Leitung 33 ständig mit Wasser gefüllt.
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wobei sich auf dem Boden Schlamm absetzen kann. Mit Hilfe der Markierung
18 läßt sich die exakte Ausrichtung der Wirbelkammer 11 überprüfen. Die Abwasserdrossel
mit der Wirbelkammer 11 kontrolliert den Auslauf des Wassers aus diesem Schacht
durch die Leitung 33.
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