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Die
Erfindung betrifft ein Vakuumtoilettensystem nach der Präambel von
Anspruch 1. Systeme dieser Art sind bekannt (DE-A-413130, US-A-5644802).
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Allen
Vakuumtoilettensystemen ist gemeinsam, dass Abwasser, welches aus
einer Toilette in ein an die Toilette angeschlossenes Abwasserrohr gepresst
wurde, in einem Behälter
für eine
längere oder
kürzere
Zeitspanne gelagert werden muss, bevor ein Weitertransport des Abwassers
erfolgen kann. Dies steht in Bezug zu dem Grundgedanken einer Vakuumtoilette,
der darauf basiert, dass das Toilettenabwasser in einem System gesammelt
wird, in dem der Druck wesentlich niedriger, allgemein eine halbe
Atmosphäre
niedriger als in der Umgebung ist. Im Folgenden wird dieser niedrigere
Druck als "Vakuum" und der umgebende
Druck als "Atmosphärendruck" bezeichnet werden.
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Es
ist offensichtlich, dass besondere Maßnahmen ergriffen werden müssen, um
den Abfall aus dem Vakuumraum des Systems an die Umgebung zu entfernen,
wo der Atmosphärendruck
vorherrscht. Die üblichste
Maßnahme
besteht darin, das Vakuum aufzuheben, d. h. Atmosphärenluft
vorübergehend
in das Vakuumsystem fließen
zu lassen und dadurch durch bekannte Mittel das Abwasser zu entfernen, bevor
Vakuum wieder hergestellt wird. Damit eine solche Druckänderung
erfolgen kann, muss ein Raum vorhanden sein, wo die Druckänderung
erfolgen kann. Dieser Raum wird hier als ein "Sammelbehälter" bezeichnet und wenigstens ein solcher
Raum ist in allen Vakuumtoilettensystemen vorhanden.
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In
Vakuumtoilettensystemen in Zügen
hat man konventionell relativ große Sammelbehälter verwendet,
die während
der Wartungsstops der Bahnwaggons geleert worden sind. Diese Behälter sind
an geeigneten Stellen im Fahrgestell eines Bahnwaggons platziert
worden, was eine Gefahr von Gefrieren bei kaltem Wetter hervorgerufen
hat. Um die Gefahr von Gefrieren zu beseitigen, sind die Sammelbehälter mit
Heizsystemen versehen worden, was die Kosten beträchtlich
erhöht
hat.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches,
robustes und kostenwirksames Zugvakuumtoilettensystem zu erreichen.
Das System ist besonders für
Länder
vorgesehen, wo Entleeren des Toilettenabwassers auf den Schienen zulässig ist,
jedoch manchmal Beschränkungen
unterliegt. Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein System gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Eine
Reihe von Konstruktionsprinzipien, die einander beeinflussen, sind
in der Erfindung kombiniert.
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Das
erste Prinzip besteht darin, dass der Sammelbehälter direkt auf die Schienen
entleert werden kann, wenn der Zug oder eine andere Fahrzeugeinheit
sich außerhalb
bebauter Bereiche in Bewegung befindet, wodurch der Sammelbehälter relativ klein
gestaltet werden kann.
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Das
zweite Prinzip besteht darin, dass der Sammelbehälter so nahe zu dem Toilettenraum
angeordnet werden soll, dass die Temperatur in dem Raum das Gefrieren
des Inhalts des Sammelbehälters
verhindert. Dies wird teilweise möglich, weil der Sammelbehälter relativ
klein ist, und teilweise weil er länglich und vertikal angebracht
ist, so dass er einfach zum Beispiel in eine Ecke des Toilettenraums passt.
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Die
längliche
Form des Sammelbehälters
ist besonders vorteilhaft, weil ein hoher freier Raum über der
in dem Behälter
gesammelten Flüssigkeit vorhanden
sein wird. Somit wird es relativ einfach sein, Abwasserflüssigkeit
in den Behälter
zu leiten, ohne dass die Flüssigkeit
nach oben in Richtung auf die Leitung spritzt, durch die der Vakuumgenerator Luft
aus dem Behälter
heraussaugt. Nichtsdestoweniger muss dem Entwurf des Anschlusses
des Abwasserrohrs an den Sammelbehälter besondere Aufmerksamkeit
geschenkt werden. Die längliche
Form des Behälters
gestaltet es auch einfacher, Luft aus der Flüssigkeit in dem Behälter zu
trennen und ein ausreichend hohes Luftvolumen in dem Behälter zu behalten,
selbst wenn er eine maximale Menge Flüssigkeit enthält. Diese
Vorteile werden durch Anschließen
des Abwasserrohrs an den Sammelbehälter in der Nähe seines
zentralen Teils erreicht.
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Der
Erfindung zufolge ist der Sammelbehälter im wesentlichen zylindrisch
mit einem Innendurchmesser von 160 bis 350 mm, vorzugsweise 175 bis
300 mm. Ein in dieser Weise konfigurierter Sammelbehälter kann
einfach in einer Ecke des Toilettenraums installiert werden. Seine
Höhe beträgt dann gewöhnlich weniger
als 2 m, was weiter die Installierung vereinfacht. Ein Behälter mit
einer zylindrischen Form ist einfach herzustellen und kann ausgeführt werden,
um der Druckbelastung standzuhalten, die durch einen Druckunterschied
von einer halben Atmosphäre
hervorgerufen wird.
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Ein
Sammelbehälter,
der nicht hoch genug ist, d. h. vertikal positioniert ist, gestaltet
es oft schwierig, die Treibluft von der Flüssigkeit und Festkomponenten
des Abwassers zum Zeitpunkt des Einfließens des Abwassers in den Behälter zu
trennen. Deshalb weist der Sammelbehälter einen im wesentlichen
zylindrischen Hauptteil mit einer Länge von mindestens 1,0 m, vorzugsweise
mindestens 1,4 m auf.
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Da
der Sammelbehälter
vorzugsweise auf einer Höhe
mit dem Toilettenraum installiert wird, und da das Abwasserrohr
an den Mittelteil des Behälters anzuschließen ist,
gibt es im Prinzip zwei Möglichkeiten,
das Abwasserrohr von einer Toilette zu dem Sammelbehälter zu
ziehen. Der Erfindung zufolge und aus strömungstechnischen Gründen erstreckt sich
das Abwasserrohr zwischen einer Toilette und dem Sammelbehälter zuerst
nach oben und dann wird es, vorzugsweise über die Decke des Toilettenraums,
in Richtung auf den Sammelbehälter
gezogen und verläuft
näher zu
demselben nach unten zu dem Punkt, wo das Rohr an den Behälter angeschlossen wird.
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Die
Probleme mit starkem Spritzen in dem Sammelbehälter werden dadurch beseitigt,
dass der Sammelbehälter
an dem Verbindungspunkt des Abwasserrohrs eine Einrichtung aufweist,
die als eine Führungsfläche zum
Steuern oder Leiten des Abwasserstroms nach unten in den Behälter wirkt.
Eine solche Führungsfläche umfasst
ein nach oben abdichtendes Mittel mit einem in Richtung von der
Behälterwand
zur Mitte des Behälters
hin etwas nach unten geneigten Teil, und einen zu diesem und zu
zwei gegenüberliegenden
Teilen des Sammelbehälters
gerichteten Teil, der im wesentlichen in der Längsrichtung des Behälters nach
unten angeordnet ist. Der Abstand des nach unten nach gerichteten
Teils von der Wand des Sammelbehälters
oder dem Endteil oder der an den Sammelbehälter angeschlossenen Öffnung des
Abwasserrohrs sollte etwa 110 bis 70 mm, vorzugsweise etwa 100 bis
75 mm betragen. Außerdem
ist es zu bevorzugen, dass sich die Führungsfläche zum Leiten des Abwasserstroms
in den Behälter
nach unten auf eine Höhe
erstreckt, die sich in einem Abstand von der Mitte des Endteils
oder der Öffnung
des Abwasserrohrs von mindestens 100 mm, vorzugsweise mindestens
120 mm befindet.
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Das
Entleeren des Sammelbehälters
kann auf viele verschiedene Arten gesteuert werden. Die Entleerungsfunktion
kann durch die Geschwindigkeit des Zugs so gesteuert werden, dass
Entleeren nicht erfolgen kann, wenn der Zug an einer Station hält, oder
wenn die Geschwindigkeit des Zugs so hoch ist, z. B. mehr als 70
km/h, dass das Entleeren eine zu große Verteilung von Abwasser über das
Fahrgestell des Waggons und möglicherweise
auf die Stufen und die Kupplungen bewirkt. Es ist ferner vorteilhaft,
automatisches Entleeren jedes Mal stattfinden zu lassen, wenn der
Zug sich vor Einfahren in eine Station verlangsamt. Die Toiletten
können
dann während
des Anhaltens des Zugs an einer Station verwendet werden.
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Nur
eine geschwindigkeitsabhängige
Steuerung der Entleerungsfunktion liefert nicht immer eine gewünschte Funktion.
Das geschwindigkeitsabhängige
Entleeren kann deshalb durch eine andere Steuerfunktion ergänzt oder
ersetzt werden, zum Beispiel Fernsteuerung von impulsgebenden Einheiten
an verschiedenen Abschnitten der Bahnstrecke oder von einem für einen
relevanten Bahnabschnitt programmierten Fahrrecorder im Zug. Die
Entleerungsintervalle sind von großer Bedeutung für die optimale Abmessungsgestaltung
des Sammelbehälters.
Es ist deshalb wichtig, dass ein automatisches Entleerungssystem
an die Passagierbelegung und Fahrstrecke des Zugs angepasst ist.
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Die
Erfindung soll im Folgenden detaillierter durch Aufführen eines
Beispiels unter Bezugnahme auf die anliegenden schematischen Zeichnungen
beschrieben werden, in denen
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Vakuumtoilettensystems zeigt;
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2 Abschnitt
II in 1 in einem größeren Maßstab zeigt.
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In 1 zeigt
Bezugsziffer 1 eine Vakuumtoilette bekannter Konfiguration,
die an der Wand 2 in einem Toilettenraum 3 befestigt
ist. Jede Toilette 1 hat ein normalerweise geschlossenes
Ablassventil 4, das nur geöffnet wird, wenn die Toilette
gespült
wird, d. h. von in derselben vorhandenem Abwasser entleert wird.
Das Ventil 4 öffnet
sich zu einem Abwasserrohr 5 hin, das bei Entleerung der
Toilette unter einem Vakuum von etwa einer Hälfte des Atmosphärendrucks
stehen muss. Der Druckunterschied zwischen dem Toilettenraum und
dem Abwasserrohr beträgt
daher in dieser Situation etwa 0,5 Bar. Wenn das Abwasserrohr 4 geöffnet wird,
presst die Luft im Toilettenraum 3 das in der Toilettenschüssel vorhandene
Abwasser in das Abwasserrohr 5 und treibt das Abwasser
in Form eines Pfropfens mit einer hohen Geschwindigkeit in einen
Sammelbehälter 6,
der an einen Endteil des Abwasserrohrs angeschlossen ist. Der Innendurchmesser
des Abwasserrohrs beträgt etwa
50 mm. Zuerst wird das Abwasserrohr 5 nach oben von der
Toilette 1 in die Nähe
der Deckenhöhe des
Toilettenraums 3 und danach nach unten zu einem Punkt gezogen,
wo es an den Sammelbehälter 6 angeschlossen
wird.
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Eine
Ausstoßvorrichtung 8,
die durch Druckluft betrieben wird und an einen oberen Teil des
Sammelbehälters 6 angeschlossen
ist, wird aktiviert, wenn eine Spültaste 9 gedrückt wird,
und ist somit eingerichtet, um ein Signal für die zu entleerende Toilette 1 zu
geben. Die Ausstoßvorrichtung 8 saugt dann
sehr schnell Luft aus dem Abwasserrohr 5 und dem Sammelbehälter 6,
bis der absolute Druck in diesen Räumen auf etwa 0,5 Bar gefallen
ist . In dem gezeigten System werden die Ventile 4 vollständig pneumatisch
durch das Systemvakuum und Atmosphärendruck gesteuert. Die Steuerung
wird durch eine Luftleitung 21 bewirkt, die von der Spültaste 9 zu einer
pneumatischen Steuereinheit 22 führt, welche das Öffnen und
Schließen
des Ventils 4 abhängig
von dem Vakuumpegel in dem Abwasserrohr 5 steuert. Eine
pneumatische Ventilsteuerung dieses Typs ist bekannt und ist für lange
Zeit in Verbindung mit Vakuumtoiletten verwendet worden.
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Der
Sammelbehälter 6 wird
vorteilhaft in einer Ecke des Toilettenraums 3 platziert
und kann dann zum Beispiel durch eine Wandverkleidung oder dergleichen
abgeschirmt sein. 1 liefert nur eine allgemeine
Vorstellung des Vakuumtoilettensystemlayouts. Wenn zwei Toiletten
an den selben Sammelbehälter
angeschlossen sind, wie in 1, kann
der Sammelbehälter
zum Beispiel zwischen den Toilettenräumen platziert werden. Der
Hauptpunkt besteht darin, dass der Sammelbehälter 6 thermisch durch die
Heizung der Toilettenräume
beeinflusst wird, so dass eine Gefahr von Gefrieren beseitigt wird.
Die Toilettenräume 3 können durch
das allgemeine Heizsystem (nicht gezeigt) des Zugs geheizt werden.
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Die
Funktion des Sammelbehälters 6 und
der Toiletten 1 werden durch ein Steuerzentrum 7 gesteuert.
Das Steuerzentrum 7 empfängt durch ein Kabel 23 ein
elektrisches Signal, wenn die Spültaste 9 gedrückt wird.
Das Steuerzentrum 7 aktiviert eine Einrichtung 20,
um den Toiletten Spülwasser
zuzuführen
und bei Bedarf unter Druck zu setzen, sorgt für die Zufuhr von Treibmedium,
d. h. Druckluft, zu der Ausstoßvorrichtung 8 und
steuert die Funktion der ferngesteuerten Ventile 10, 11 und 12 des
Systems.
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Der
Sammelbehälter 6 wird
von dem Abwasserrohr 5 durch das Ventil 10 und
von der Ausstoßvorrichtung 8 durch
das Ventil 11 getrennt. Diese Ventile sind geschlossen,
wenn der Sammelbehälter 6 unter
Druck zu setzen ist. In der Ausführungsform gemäß 1 werden
die Ventile 10, 11 und 12 durch Druckluft
gesteuert. Ein anderer Steuerungstyp, z.B. elektrisch, ist vorstellbar.
Durch Liefern von Druckluft durch eine Leitung 13 zum Sammelbehälter 6,
wenn die Ventile 10 und 11 geschlossen sind, wird
ein Überdruck
von etwa 0,5 bis 0,7 Bar in dem Sammelbehälter erzeugt. Danach wird das
Ablass- oder Bodenventil 12 des Sammelbehälters 6 geöffnet, wodurch
ein schnelles und effektives Entleeren des Sammelbehälters 6 durch
eine Entleerungsleitung 14 ausgeführt wird, welche sich unter
der Bodenhöhe 24 des
Bahnwaggons öffnet.
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Der
Sammelbehälter 6 kann
eingerichtet sein, um etwa 10 Toilettenspülungen aufzunehmen, bevor er
entleert wird. Sein zylindrischer Hauptteil hat einen Innendurchmesser
von 20 cm und eine Höhe von
etwa 1,5 m. Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Abwasserrohrs 5 an
seinem Verbindungspunkt an den Sammelbehälter 6 und dem unteren
Teil des zylindrischen Teils des Sammelbehälters beträgt 70 cm. Eine Strömungssteuer-
oder Spritzschutzeinrichtung 15 ist an dem Verbindungspunkt
des Abwasserrohrs 5 mit dem Sammelbehälter 6 angeordnet. Der
Flüssigkeitsfüllstand
in dem Sammelbehälter sollte
immer weit unter der Einrichtung 15 liegen. Auf diese Weise
ist immer ein ausreichend großes Luftvolumen,
etwa 30 Liter, in dem Sammelbehälter 6 vorhanden.
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Zum
Verhindern von Entleerung des Sammelbehälters 6 zu solchen
Anlässen,
wenn Entleeren unerwünscht
ist, gibt es eine Einrichtung in Form eines Impulsaktivierungsmittels 16,
das in Abhängigkeit
von der Verwendung des Zugs programmiert ist und das Steuerzentrum 7 in
einer jeglichen der oben offenbarten Arten beeinflusst.
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2 zeigt
die Spritzschutz- oder Strömungssteuereinrichtung 15 an
dem Verbindungspunkt des Abwasserrohrs 5 mit dem Sammelbehälter 6.
Die Strömungssteuereinrichtung 15 umfasst
einen nach oben abdichtenden oberen Teil 17 in Form eines
Kreissegments, das nach unten/nach innen von der Sammelbehälterwand
an dem Verbindungspunkt des Abwasserrohrs 5 geneigt ist.
Ein im wesentlichen ebener Abschirmteil 18 erstreckt sich
nach unten von der Innenkante des nach oben abdichtenden Teils 17. Der
Abschirmteil ist an die gegenüberliegenden Wände des
Sammelbehälters 6 angeschlossen
und erstreckt sich nach unten auf eine Höhe 19, welche sich
in einem Abstand h von dem Mittelpunkt der Öffnung des Abwasserrohrs 5 oder
dem Verbindungspunkt des Abwasserrohrs 5 mit dem Sammelbehälter 6 befindet.
Der Abstand b von dem Abschirmteil 18 zu der Öffnung des
Abwasserrohrs 5 kann etwas kleiner als 10 cm sein, und
der Abstand h etwa 13 cm. Die gezeigte Ausführungsform der Einrichtung 15 gewährleistet,
dass das Abwasserrohr 5 im wesentlichen in einem rechten
Winkel an die Wand des Sammelbehälters 6 anschließt.
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Ein
Vakuumtoilettensystem gemäß der Erfindung
kann durch Anschluss noch anderer sanitärer Einheiten, wie zum Beispiel
Urinale und Waschbecken, an die Vakuumablassleitung, d. h. das Abwasserrohr
ergänzt
werden. Solche Einheiten werden in einer bekannten Weise an das
Abwasserrohr über ein
Grauwasserventil angeschlossen, das automatisch Flüssigkeit,
die sich angesammelt hat, in die Vakuumabwasserleitung fließen lässt. Von
den Grauwasserventilen, sowie von den Toiletten, können Funktionssignale
an das Steuerzentrum gegeben werden, welches dadurch auf dem Laufenden
bleibt, welche Flüssigkeitsmengen
zum Sammelbehälter überführt worden
sind, was es ermöglicht,
die Funktionen des Systems direkt durch das Steuerzentrum zu blockieren,
wenn eine Gefahr von Überlaufen
in dem Sammelbehälter
besteht.
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In
einem Bahnwaggon oder einer anderen Fahrzeugeinheit ist es auch üblich, dass
eine Anzahl von Toiletten an einen Sammelbehälter angeschlossen sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen begrenzt, und
jegliche Modifikationen können
innerhalb des Umfangs des folgenden Anspruchs vorstellbar sein.