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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Regelung eines Flüssigkeitsstroms.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf ein Gasdruckbeaufschlagungssystem
für die
Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Gewöhnlich wird
für die
Regelung eines Flüssigkeitsstroms
eine mechanische Vorrichtung wie zum Beispiel ein Ventil, ein Schieber,
ein Durchflussbegrenzer oder ein Pegelstandsregler verwendet.
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Ein
Nachteil bei der Verwendung einer derartigen mechanischen Vorrichtung
ist, dass diese durch die Ablagerung von Schmutz oder durch Korrosion auf
die Dauer nicht mehr einwandfrei funktioniert. Die Ablagerung von
Schmutzpartikeln hat zur Folge, dass die Leitung von einem Ventil
oder Schieber nicht mehr vollständig
abgesperrt wird, während
es bei einem Durchflussbegrenzer zu einer Abweichung zwischen Ist-
und Sollwert kommt. Durch Korrosion können vorhandene Scharniere
schwergängig
werden oder Dichtungen festrosten, wodurch die Ventile und Schieber,
in denen sich diese befinden, nicht mehr funktionieren. Auch Verschleiß kann dazu
führen, dass
mechanische Vorrichtungen nicht mehr einwandfrei funktionieren.
Mechanische Vorrichtungen sind somit störanfällig und wartungsintensiv.
Das führt
vor allem dann zu Problemen, wenn sie in schwer zugängliche
Systeme wie Abwasserleitungen oder unter Deichen hindurch führende Leitungen
eingebaut sind. Eine Reparatur ist in solchen Fällen schwierig, zeitraubend
und teuer. Darüber
hinaus sind mechanische Vorrichtungen teuer. Teuer sind vor allem
große
Vorrichtungen wie Stauanlagen, für die
bisher große,
schwere, bewegliche flüssigkeitshaltende
Konstruktionen erforderlich waren und die aus diesem Grund eine
ebenfalls groß dimensionierte
Steuerung benötigten.
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Eine
derartige Vorrichtung ist durch die deutsche Patentveröffentlichung
DE-C-973 003 bekannt. In
dieser Vorrichtung steht die Druckkammer mit der Atmosphäre in Verbindung;
die Verbindung wird von dem Flüssigkeitspegel
in dem stromaufwärts
angeordneten inneren Gefäß in der
Weise beeinflusst, dass die Verbindung offen ist. wenn der Flüssigkeitspegel
unter ein zuvor festgelegtes Niveau absinkt und umgekehrt, wodurch
die Strömungsgeschwindigkeit
konstant gehalten wird.
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Diese
Vorrichtung hat den Nachteil, dass darin ständig eine Flüssigkeit
strömt
und es nicht möglich
ist, diese Strömung
je nach Höhe
des Flüssigkeitspegels
abzuschneiden oder zu blockieren.
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Ein
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Regelung
eines Flüssigkeitsstroms,
die sehr wenig Wartung erfordert, zuverlässig funktioniert, leicht zu
bedienen ist und vorzugsweise preisgünstig angeboten werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass diese so ausgebildet ist, dass
sich ein während
des Betriebs von der Vorrichtung gesteuerter Flüssigkeitsstrom mit Hilfe von
Gasdruck regeln lässt.
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Da
die Steuerung mittels Gasdruck erfolgt, werden nur wenige oder gar
keine beweglichen Teile benötigt,
wodurch die Vorrichtung wartungsarm und weitgehend störsicher
ist.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein Gas eine Flüssigkeit
verdrängen
kann. Durch das örtliche
Zuführen
oder Ablassen eines Gases in einem zuvor ausgewählten Bereich einer Flüssigkeitsleitung
kann die Durchflussmenge erhöht oder
verringert oder der Flüssigkeitsstrom
ganz unterbrochen werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist mit einem gebogenen Leitungsstück versehen. Dieses wird vorzugsweise
so in der Vorrichtung angebracht, dass der Umkehrpunkt dieses Leitungsstücks höher angeordnet
ist als der Rest. Auf diese Weise ist ein höher gelegener Abschnitt vorhanden,
in dem sich Gas befinden kann. Gas ist leichter als Flüssigkeit
und steigt deshalb aus einer Flüssigkeit
auf. In dem Umkehrpunkt kann atmosphärischer Druck, Unterdruck oder Überdruck herrschen.
Die Enden des Leitungsstücks
können zum
Beispiel jeweils mit einem anderen Behälter verbunden sein, so dass
ein Flüssigkeitsstrom
zwischen diesen Behältern
geregelt werden kann.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist mit einem Leitungsstück
versehen, das mehrere Krümmungen
aufweist, so dass es ein System kommunizierender Röhren bildet.
Dies ermöglicht
eine besonders genaue Steuerung der Flüssigkeitsmenge. Diese Vorrichtung
kann praktisch in ein System von Leitungen eingebaut werden. Die
Länge der
einzelnen Abschnitte des Systems kommunizierender Röhren kann
den Abmessungen und der Höhenlage
der Leitungen des Systems angepasst sein, in das die Vorrichtung
eingebaut ist, wodurch die gewünschte
Absperrung und Regelung der Durchflussmenge in besonders genauer
Weise erfolgen können.
Für die
Verwirklichung dieses Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gibt es mehrere Möglichkeiten.
Die meisten davon sehen eine Vorrichtung vor, die nicht energieabhängig ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist ein gekrümmtes Leitungsstück mit einer
Wand auf, in der sich eine Öffnung
befindet, durch die Gas zugeführt
oder abgelassen werden kann. Dadurch lässt sich der Flüssigkeitsstrom
besonders gut steuern. Die Gasbeaufschlagung kann dem Umfang und
der Lage der Leitungen des Systems angepasst werden, in das die Vorrichtung
eingebaut ist.
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Der
Gasdruck wird vorzugsweise über
ein Gasdruckbeaufschlagungssystem zugeführt, dass von einem Flüssigkeitsstrom
gesteuert wird. In diesem Fall ist nur eine geringe Zahl von beweglichen Teilen
vorhanden, so dass das System wartungsarm und störsicher und fast vollständig energieunabhängig ist.
Das Gasdruckbeaufschlagungssystem kann zum Beispiel über einen
Topf verfügen,
der auf einer Seite in offener Verbindung mit einem Flüssigkeitsbehälter steht
(der auch Teil einer Leitung sein kann), in dem sich das Niveau
der Flüssigkeit
verändern
und auf diese Weise ein Druck erzeugen lässt. Der Topf enthält, wenn
das System in Betrieb ist, Gas und steht, wie bereits erwähnt, auf
einer Seite mit einem Flüssigkeitsbehälter und
auf der Seite, auf der sich keine Flüssigkeit befindet, mit einem
Rohr in offener Verbindung, dessen Durchmesser deutlich geringer als
der des Topfes ist. Steigt nun das Niveau der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter, so
wird durch das Rohr Gas abgeleitet. Durch den unterschiedlichen
Durchmesser von Topf und Rohr kann bei einem recht geringen Anstieg
des Flüssigkeitspegels eine
große
Menge Gas abgeleitet werden. Ein derartiges System hat den Vorteil,
dass es sich auf einfache Weise installieren lässt. Der erzeugte Gasdruck richtet
sich nach der Gasmenge, die durch das Rohr strömt.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
dieses Gasdruckbeaufschlagungssystems ist der Topf der Leitung mit
einer oder mehreren federnd aufgehängten Platten verschlossen.
Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels
ist, dass keine Flüssigkeit
in die Gasleitung gelangen kann.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
sind zwei Platten vorhanden, die eine unterschiedlich große Fläche aufweisen
und die miteinander verbunden sind. Die Platten sind vorzugsweise
starr miteinander verbinden. Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist,
dass sich ein relativ großer
Druck auf die kleine Platte durch einen relativ geringen Druck auf
die große
Platte ausgleichen lässt.
Dadurch ist es möglich, bei
einer geringen Zunahme der Durchflussmenge in der Leitung einen
großen
Gasdruck zu erzeugen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann vorteilhaft für
die Regelung von Flüssigkeitsströmen in einem
Abwassersystem eingesetzt werden. Bei einem System dieser Art ist,
weil das System für
die Ableitung von Schmutz dient, die Gefahr groß, dass sich Schlammablagerungen
bilden. Darüber
hinaus ist ein Abwassersystem sehr schwer erreichbar, weil es sich
tief unter der Erdoberfläche
befindet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
arbeitet nahezu frei von Verschmutzung, weil eine Verschlammung
kaum stattfindet, und ist fast wartungsfrei. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
für diesen
Anwendungsbereich besonders gut geeignet. Die Vorrichtung kann zum
Beispiel als Rückflusssperre
in einer Abwasserleitung in einem Keller, als Durchflussbegrenzer
in Abwasserleitungen und für
die Trennung von stark verschmutztem und weniger verschmutztem Regenwasser
verwendet werden. Dieses kann danach getrennt einer Schmutzwasser-
beziehungsweise einer Reinwasserleitung zugeführt werden.
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Abbildungen illustriert und
erläutert.
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In
den Abbildungen werden für
Einzelteile mit identischer Funktion jeweils die gleichen Verweisziffern
verwendet.
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1: Schematisch dargestellter
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die als Durchflussbegrenzer fungiert.
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2: Schematisch dargestellter
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die als Durchflussbegrenzer fungiert.
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3: Schematisch dargestellter
Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
aus 9 1, die in eine Senkgrube eingebaut
ist.
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4: Schematisch dargestellter
Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
aus 10 2, die in eine Senkgrube eingebaut
ist.
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In 1 ist ein schematisch dargestellter Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu sehen, die als Durchflussbegrenzer fungiert. Die Vorrichtung
verfügt über ein
Außendruckgefäß (1),
ein Innendruckgefäß (2), ein
Innengegendruckgefäß (3),
ein Außengegendruckgefäß (4)
und eine Druckkammer (5). Die Druckkammer (5)
verfügt über eine
Strömungsschwelle
(6). Die Vorrichtung verfügt über Zuflussöffnungen (7', 7'', 7''') und ein Entlüftungsrohr
(23). Durch die Zuflussöffnungen
kann Flüssigkeit
in das oder aus dem System fließen.
Der Druckkammer wird durch den Flüssigkeitsstrum Gas zugeführt. Die Flüssigkeit wird
von einer höher
gelegenen Position aus in das Außendruckgefäß (1) geschüttet. Durch die
so entstehende Turbulenz gelangen Luftblasen in die Flüssigkeit,
die auf Grund der Strömung
in die Druckkammer (5) geleitet werden. Das Entlüftungsrohr
(23) sorgt für
einen gleich bleibenden Flüssigkeitspegel über der
Strömungsschwelle.
Steigt der Flüssigkeitspegel
auf ein Niveau über
der Unterkante des Entlüftungsrohrs
(23) an, so wird dieses Rohr verschlossen. Das überschüssige zugeführte Gas kann
dann nicht entweichen, was dazu führt, dass der Druck in der
Druckkammer (5) steigt. Der Flüssigkeitspegel in der Druckkammer
sinkt durch diesen Druckanstieg, bis er auf ein Niveau unterhalb
der Unterkante des Entlüftungsrohrs
abgesunken ist. Dadurch liegt die Öffnung des Entlüftungsrohrs
wieder frei, so dass Gas aus der Druckkammer (5) entweicht,
der Druck abnimmt und der Flüssigkeitspegel wieder
steigt. So hält
sich der Flüssigkeitspegel
in der Druckkammer nahezu auf der Höhe der Unterkante des Entlüftungsrohrs
(23) und bleibt auch die Durchflussmenge konstant. Die
Durchflussmenge lässt sich
variieren, indem man die Position der Unterkante des Entlüftungsrohrs
(23) verändert.
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In 2 ist ein schematisch dargestellter Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu sehen, die als Durchflussbegrenzer fungiert. Die Vorrichtung
arbeitet in nahezu der gleichen Weise wie die in 1 dargestellte Vorrichtung. Hier ist jedoch
ein Ventil (38) vorhanden, mit dem das Entlüftungsrohr
(23) verschlossen werden kann. Wenn der Flüssigkeitspegel
im Außendruckgefäß (1)
so hoch ist, dass das Entlüftungsrohr
(23) von der Atmosphäre
getrennt ist, ist auch die Druckkammer (5) von der Atmosphäre getrennt. Die
Luft, die der Druckkammer (5) zugeführt wird, kann dann nicht mehr
durch das Entlüftungsrohr
(23) entweichen. Der Druck in der Druckkammer (5)
steigt dann im Laufe der Zeit an. Schließlich ist der Druck so hoch,
dass keine Flüssigkeit
mehr über
die Strömungsschwelle
(6) fließt.
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In 3 ist ein schematisch dargestellter Querschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
aus 1 zu sehen, die in
eine Senkgrube (53) eingebaut ist. Die Einzelteile entsprechen
denen von 1, wobei zusätzlich ein Abwasserkanal
(57) vorhanden ist. Das Wasser fließt von einer Oberfläche (58),
zum Beispiel einer Straße, in
die Senkgrube (53). Die Vorrichtung sorgt dafür, dass
die Durchflussmenge durch die Zuflussöffnung 7''' auf
einen bestimmten Wert begrenzt wird. Liegt die zugeführte Abwassermenge über dieser
Durchflussmenge, so steigt die Höhe
des Abwasserpegels in der Senkgrube (53). Ist er über ein
bestimmtes Niveau gestiegen, so fließt das Abwasser über den
Abwasserkanal (57) ab. Das erste Regenwasser, das eingeleitet
wird, ist viel stärker
verschmutzt als die später
zugeführten
Niederschläge.
Mit der dargestellten Vorrichtung können diese beiden Arten von
Regenwasser getrennt abgeleitet werden. Das erste, schmutzige Regenwasser,
das zugeführt
wird, fließt über die
Zuflussöffnung 7''' ab,
die an eine Kläranlage
angeschlossen ist. Das weniger stark verschmutzte Regenwasser, das
später
fällt,
kann über
die Abwasserleitung (57) einer anderen Stelle zugeführt werden.
Zum Beispiel lässt
sich dieses Wasser in den Boden infiltrieren.
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In 4 ist ein schematisch dargestellter Querschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
aus 2 zu sehen, die in
eine Senkgrube (53) eingebaut ist. Die Einzelteile entsprechen
denen von 2, wobei zusätzlich ein Abwasserkanal
(57) sowie eine Oberfläche
(58), zum Beispiel eine Straße, vorhanden ist, von der
aus Wasser zufließen
kann. Die Funktionsweise der Vorrichtung entspricht, wenn die Höhe des Flüssigkeitspegels
in der Senkgrube (53) unter einem bestimmten Wert liegt,
jener der in 3 dargestellten Vorrichtung.
Wenn der Flüssigkeitspegel
in der Senkgrube (53) über
dieses Niveau angestiegen ist, wird das Entlüftungsrohr (23) von
dem Ventil (38) geschlossen. Die Druckkammer (5)
steht dann nicht mehr mit der Atmosphäre in Verbindung, und es wird keine
Flüssigkeit
mehr über
die Zuflussöffnung 7''' abgeleitet.