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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Druckwassertoilette,
die den Wasserverbrauch beim Spülen
minimiert und dennoch die Spülleistung
sowie die Verläßlichkeit
des Systems maximiert.
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Die
hierin beschriebene Druckwassertoilette stellt eine Verbesserung
gegenüber
den Systemen dar, die in der US-A-4,233,698 vom 18. November 1980,
in der US-A-5,361,426
vom 08. November 1994 sowie in der US-Patentanmeldung Nr. 08/457,162
vom 01. Juni 1995 beschrieben sind. Die US-A-5,553,333 offenbart
einen Spülmechanismus, der
bei Druckwassertoilettentanks mit geringem Wasservolumen verwendet
wird. Der unter Druck setzbare Tank umfaßt zwei Druckzonen.
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Die
Grundkomponenten einer Druckwassertoilette sind ein Wasserkessel,
ein Spülventil
und ein Spülventilbetätigungselement.
Die zuvor genannten Komponenten sind normalerweise innerhalb einer herkömmlichen
Wassertoilette angeordnet. Die Druckwassertoilette wird mit Hilfe
des Wasserdruckes eines herkömmlichen
Frischwasserfördersystems
betrieben.
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Im
Betrieb wird innerhalb des Wasserkessels Luft komprimiert, während der
Wasserpegel in dem Wasserkessel nach einem Spülvorgang ansteigt. Sobald der
Wasserdruck in dem Kessel demjenigen der Förderleitung entspricht oder
sobald der Wasserdruck das Druckregelventil schließt, wenn
der Druck der Förderleitung
größer als
der vom Druckregler zugelassene Druck ist, strömt kein weiteres Wasser in den
Wasserkessel und das System ist betriebsbereit. Wenn das Spülventilbetätigungselement
betätigt wird, öffnet sich
das Spülventil,
woraufhin die in dem Wasserkessel vorhandene Druckluft das in dem
Kessel gespeicherte Wasser mit relativ hohem Auslaßdruck und
mit relativ hoher Geschwindigkeit in die Wassertoilettenschüssel drückt, so
daß der
in dieser vorhandene Abfall bei minimalem Wasserverbrauch weggespült wird.
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Bekannte
Druckwassertoilettenspülungssysteme
haben sich auf dem Markt durchgesetzt, sie weisen jedoch normalerweise
eine oder mehrere Betriebseigenschaften auf, die noch verbessert
werden können.
Insbesondere wird die Spülenergie,
die das Absaugen des Abfalls aus der Toilettenschüssel bewirkt,
verhältnismäßig ineffizient
genutzt; ein hoher oder geringer Druck in dem Frischwassersystem
können
zu einem ungleichmäßigen Betrieb
führen;
das Spülwasservolumen
ist nicht einheitlich; es sind keine Mittel zum internen Abbau des
Wassersystemdrucks vorgesehen, wenn dieser den zulässigen Druck übersteigt;
der Spülvorgang
ist nicht unabhängig
von der Dauer des Herabdrückens
des Spülbetätigungselementes;
das ordnungsgemäße Schließen des
Spülventils
bei geringem Förderleitungsdruck
ist nicht immer gewährleistet;
das Betätigungsventil
ist nicht selbstreinigend; es sind keine Mittel vorgesehen, mit
deren Hilfe das Toilettenschüsselauffüllvolumen
variiert werden kann, und schließlich sind keine Mittel vorhanden,
die ein Zuführen
von Desinfektionsmittel in die Toilettenschüssel ermöglichen, ohne dabei die Integrität des Spülungssystems
zu beeinträchtigen.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Druckwassertoilettenspülungssystem
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung
durch ein Druckwassertoilettenspülungssystem
nach Anspruch 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Druckwassertoilettenspülungssystem
zeigt Verbesserungen insbesondere hinsichtlich der Spülenergie,
die zum Wegspülen
des in der Toilettenschüssel
vorhandenen Abfalls bereitgestellt wird, sowie hinsichtlich der
Konsistenz und Verläßlichkeit
des Spülvorgangs.
Das System verwendet nach dem Spülvorgang
ein minimales Wasservolumen; es schafft einen internen Druckabbau,
sollte der Wassersystemdruck über
einen vorbestimmten Druck ansteigen; der mit dem System erzeugte
Spülvorgang
ist unabhängig
von der Dauer des Herabdrückens
des Betätigungselementes;
das System gewährleistet
ein ordnungsgemäßes Schließen bei
geringem Förderleitungsdruck;
das System umfaßt
ein selbstreinigendes Betätigungsventil
und das Toilettenschüsselwiederauffüllvolumen
ist einstellbar, um verschiedene Anwendungsspezifikationen zu erfüllen. Ferner
zeigt das erfindungsgemäße System
nur minimale Unterschiede in Bezug auf den Wasserverbrauch bei hohen
und geringen Wasserdrücken;
es verwendet zwei interne Rückschlagventile,
einen eingebauten Ablauf, einen internen Abflußanschluß und ermöglicht die Zugabe eines Desinfektionsmittels
in die Toilettenschüssel,
ohne die Integrität
des Spülsystems
zu beeinträchtigen.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch
das Betätigungselement
direkt oberhalb des Spülventilzylinders
eine Fluidverbindung zu dem Desinfektionsmittelbehälter und
somit zur Toilettenschüssel
erzeugt wird, sobald das manuelle Spülventilbetätigungselement der Toilette
herabgedrückt
wird, wodurch Desinfektionsmittel in die Toilettenschüssel eingeleitet
wird.
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Die
zuvor genannten Merkmale des Druckwassertoilettenspülungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung führen
zu einem effizienteren Spülen
und Abflußleitungstransport,
zu saubereren Toilettenschüsseln,
zu weniger Abflußleitungsverstopfungen
sowie zu Rohrsystemen mit geringerer Größe. Ferner treten keine verdeckten Wasserleckagen zwischen
den Spülvorgängen auf.
Das erfindungsgemäße System
erzeugt eine Spülung,
die eine Toilettenschüssel
bei einem Wasserverbrauch von weniger als sechs Liter (1,6 Gallonen)
entleert und reinigt, wobei sämtliche
Gemeindeverordnungen erfüllt
werden. Die Toilettenschüssel
wird mit einem Spülvorgang
geleert, ohne daß ein
Abfall in der Abflußleitung stattfindet,
was bei vielen Toiletten der Fall ist, die mit einem geringen Wasservolumen
arbeiten, oder bei sogenannten „gravity-flow-type"-Toiletten.
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Durch
die manuelle Betätigung
seitens eines Bedieners wird ein Druckunterschied über einen Spülventilkolben
erzeugt, der in einem Spülventilzylinder
angeordnet ist. Der Spülventilkolben
und das Spülventil
bewegen sich daraufhin mit kontrollierter Geschwindigkeit aufwärts.
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Aufgrund
der Aufwärts-
oder Öffnungsbewegung
des Spülventils
kann Wasser aus dem Wasserkessel mit relativ hohem Druck in die
Toilettenschüssel
eingespritzt werden, wodurch die in der Toilettenschüssel enthaltenen
Inhalte weggespült
werden. Der Spülvorgang
beginnt mit dem manuellen Herabdrücken des Spülventilbetätigungselementes, wobei die
Zeitdauer derart kontrolliert wird, daß ein verlängerter, hochenergetischer
Wasserstrom erzeugt wird, der die in der Schüssel vorhandenen Abfälle in die Abwasserleitung
spült.
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Das
Schließen
des Spülventils
wird durch das Verteilungsverhältnis
von einströmendem
Wasser in die obere Kammer des Spülventilzylinders und in den
Wasserkessel zeitlich abgestimmt. Wenn das manuelle Spülventilbetätigungselement
losgelassen wird, wird die Fluidleitung von der oberen Kammer des
Spülventilzylinders
zur Umgebung verschlossen. Zu diesem Zeitpunkt strömt eine
vorbestimmte Menge desjenigen Wassers, das unter Druck von dem Wasserfördersystem
zugeführt
wird, direkt zur oberen Kammer des Spülventilzylinders. Die verbleibende
Wassermenge, die von dem System zugeführt wird, strömt zur Hauptkammer
des Wasserkessels. Vor dem Schließen des Spülventils werden Wasser und
eine vorbestimmte Desinfektionsmittelmenge, die zu dem Wasserkessel
strömen,
durch diesen in die Toilettenschüssel
geleitet, so daß die
Schüssel desinfiziert
und die Wasserdichtung im Geruchsverschluß wiederhergestellt wird, so
daß aus
der Toilettenschüssel
keine unangenehmen Abflußgase
aufsteigen können.
Wenn die obere Kammer des Spülventilzylinders
gefüllt
und das Spülventil
geschlossen ist, wird das gesamte einströmende Wasser in den Wasserkessel
geleitet.
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Das
Wasser, das unter reguliertem Wassersystemdruck in dem Wasserkessel
ansteigt, komprimiert die in dem Wasserkessel enthaltene Luft, bis entweder
zuerst die Leitung oder zuerst ein vorbestimmter Druck, der gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung 207 kPa (30 PSI) beträgt, erreicht ist. Zu diesem
Zeitpunkt bricht die Strömung ab
und das System ist bereit für
die nächste
Spülung.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung kann ein Druckablaßventil
an dem Spülventilkolben
geöffnet
werden, wenn in der oberen Kammer des Spülventilzylinders ein zu hoher
Druck erzeugt wird, um den überschüssigen Druck
in die Umgebung abzulassen.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung sind sowohl der Wasserkessel
als auch die obere Kammer des Spülventils
stets über den
Wasserdruckregler mit der unter Druck stehenden Frischwasserversorgung
verbunden. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht
darin, daß ein
Minimum von 75% des in dem Wasserkessel gespeicherten Wassers bei
einer Strömungsgeschwindigkeit
von 1200 gps (20 gpm) abfließt, wenn
der Förderleitungsdruck
gleich dem oder größer als
der Förderleitungsdruck
ist.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Spülventilbetätigungselement
hydraulisch mit der oberen Kammer des Spülventilzylinders verbunden.
Wenn das Spülventilbetätigungselement
nunmehr eine Fluidverbindung zum Umgebungsdruck erzeugt, wird der
Wasserdruck in der oberen Kammer des Zylinders unmittelbar aber leise
abgebaut, wodurch ein Druckunterschied über den Kolben erzeugt wird,
so daß der
an der unteren Fläche
des Kolbens anliegende Druck den Kolben und das Spülventil
sofort aufwärts
in die geöffnete Stellung
spannen kann. Der Wasserstrom, der aus der oberen Kammer des Spülventils
austritt, wird gemessen, um die Bewegung des Spülventilkolbens kontrollieren
zu können.
Lärm wird
verhindert, da Hydraulik anstelle von Pneumatik eingesetzt wird.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Bezeichnungen genauer beschrieben. Darin ist
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1 eine
Seitenansicht eines verbesserten Druckwassertoilettenspülungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Ansicht in Richtung des mit der Bezugsziffer 2 gekennzeichneten
Pfeils in 1;
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3 eine
Ansicht eines vollständig
aufgefüllten
Spülsystems
entlang der Linie 3-3 in 2;
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4 eine
Ansicht des in 3 mit Bezugsziffer 4 gekennzeichneten
Ausschnittes;
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5 eine
Ansicht, die im wesentlichen derjenigen der 3 entspricht,
jedoch nach Einsetzen des Spülvorgangs;
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6 eine
Ansicht ähnlich
derjenigen in 3, bei der die Druckwasserspülung abgeschlossen
ist, die Wiederauffüllung
der Schüssel
jedoch noch anhält;
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7 eine
Ansicht ähnlicher
derjenigen in 3, wobei die Wiederauffüllung der
Schüssel
abgeschlossen ist, das Spülventil
geschlossen ist und die Wiederauffüllung des Wasserkessels und
der Druckaufbau beginnen; und
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8 eine
teilweise im Querschnitt dargestellte gebrochene Ansicht eines alternativen
Wasserfördersystems
zum Desinfektionsmitteltank.
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Die 1 und 2 zeigen
ein Druckwassertoilettenspülungssystem 10 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, das mit einem herkömmlichen Wassertoilettentank 12 verbunden
ist. Die Hauptkomponenten des Systems 10 sind ein Wasserkessel 14,
eine interne Spülventilanordnung 16 und
ein Verteiler 18, der eine integrale Spülventilbetätigung 22, nachfolgend
Sülventilbetätigungselement
genannt, einen Wasserdruckregler 24, einen Luftzuführregler 25,
der genauer in 3 gezeigt ist, und einen Desinfektionsmitteltank 26 umfaßt.
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Dem
System 10 wird von einer nicht dargestellten Druckquelle
Wasser zugeführt,
das ohne Drosselung aufwärts
durch eine Einlaßleitung 27 sowie
durch ein Rückschlagventil
gegen Vakuum 28 und anschließend lateral zum Verteiler 18 strömt. Das
Wasser kann somit bei Systemdruck frei durch die Leitung 27 zum Verteiler 18 und
dann, nach der Regulierung, sowohl zur Spülventilanordnung 16 als auch
zum Wasserkessel 14 strömen,
was nachfolgend näher
erläutert
ist.
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Die
Größe des Wasserkessels 14 ist
durch den Energiebedarf des Systems 10 vorgegeben. Bei der
dargestellten bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
der Wasserkessel 14 ein Paar von vertikal übereinander
angeordneten Teilstücken 32 und 34.
Das obere Teilstück 32 des
Wasserkessels 14 weist ein Paar von sich abwärts erstreckenden
Trennelementen 35 und 36 auf, die isolierte Kammern 37 und 38 erzeugen,
solange sich der Wasserpegel oberhalb der Schweißverbindung zwischen den Teilstücken 32 und 34 des
Wasserkessels 14 befindet, was einen typischen Zustand
zwischen Spülvorgängen darstellt und
nachfolgend näher
beschrieben ist. Da die in den Kammern 37 und 38 vorhandene
Druckluft, die das System 10 mit Energie speist, isoliert
ist, wird eine Leckage in einem oberen Bereich der Spülventilanordnung 16 nicht
dazu führen,
daß das
System vollständig
voll Wasser läuft.
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Der
Verteiler 18, der den Wasserdruckregler 24, den
Luftzuführregler 25 und
die Spülventilbetätigung 22 umfaßt, ist
am oberen Teilstück 32 des
Wasserkessels 14 befestigt.
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Wie
am besten in 4 zu erkennen ist, umfaßt das auf
dem Verteiler 18 angeordnete integrale Luftzuführsytem 25 einen
mit einem Außengewinde versehenen
Befestigungsstutzen 42, der einen Deckel 44 aufnimmt.
Der Deckel 44 umfaßt
eine Öffnung 46,
deren Umfang als Sitz für
ein Kugelventil 48 dient. Das Ventil 48 ist durch
den in dem Verteiler 18 vorhandenen Wasserdruck normalerweise
in seine geschlossene Position vorgespannt. Wenn jedoch der Innendruck
in dem Wasserkessel 14 während der Entleerungsphase
des Spülzyklusses
auf ein vorbestimmtes Minimum reduziert wird, beispielsweise auf 13,8
kPa (2 PSI), so erzeugt der resultierende Wasserstrom in dem Wasserkessel 14 einen
Luftdruckunterschied über
das Ventil 48, der eine Öffnung des Ventils sowie die
Zuführung
zusätzlicher
Luft in den Wasserstrom bewirkt, wodurch der Wasserkessel 14 in
einer selbstregulierenden Art und Weise mit Luft aufgefüllt wird.
Eine rohrförmige
Hülse 50 erstreckt sich
abwärts
in eine in dem Verteiler 18 vorgesehene Öffnung 52,
die zum Wasserkessel 14 führt, um Luft in den zum Wasserkessel 14 fließenden Wasserstrom
zu leiten. Das Luftzuführsystem
wirkt auch als Rückschlagventil
gegen Vakuum, um den Rückfluß von Wasser
von dem System 10 zu dem Wasserfördersystem im Falle eines Druckverlustes
zu verhindern.
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Der
an dem Verteiler 18 vorgesehene Druckregler 24 weist
einen rohrförmigen
Aufbau auf und umfaßt
einen Enddeckel 64. Ein Kugelventilhalterelement 66 mit
kreuzförmigem
Querschnitt ist innerhalb des Enddeckels 64 angeordnet,
um das Kugelventil 68 zu halten. Das Ventil 68 wird
durch den Systemwasserdruck gegen einen ringförmigen Sitz 69 an
einem rohrförmigen
Bereich 70 eines Druckreglerkolbens 71 gedrückt, wenn
der Druck innerhalb des Wasserkessels 14 geringer ist. Ähnlich ist
ein zweites Kugelventil 72 in einem zweiten Halteelement 74 mit kreuzförmigem Querschnitt
gehalten. Wenn der Druck innerhalb des Wasserkessels 14 unter
den vorbestimmten Druck abfällt,
bewegt sich der Kolben 71 unter Einfluß einer Regelfeder 76 von
dem Enddeckel 64 weg, so daß Wasser das Kugelventil 68 und entsprechend
das Kugelventil 72 passieren und zum Spülventil 16 und zum
Wasserkessel 14 gelangen kann, was nachfolgend beschrieben
ist.
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Im
Falle eines Druckverlustes in dem Wasserzufuhrsystem bewegen sich
die Kugelventile 68 und 72 die Zeichnung betrachtend
nach links gegen die an dem Enddeckel 64 und dem Kolben 71 vorgesehenen
ringförmigen
Sitze 78 und 79, wodurch ein Wasserrückfluß von dem
Wasserbehälter 14 zum System
unterbunden wird.
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Der
Verteiler 18 umfaßt
ferner ein Spülventilbetätigungselement 22,
das ein zylindrisches Gehäuse 80 mit
einem in diesem angeordneten, manuell betätigbaren Kolben 82 umfaßt, der
gleitbar in einer Hülse 84 aufgenommen
ist. Der Kolben 82 trägt
ein Ventil 85, das normal auf einem Ventilsitz 86 aufsitzt. Ein
Nadelventil 87 ist derart an einem Ende des Kolbens 82 angeordnet,
daß es
sich in eine in dem Gehäuse 80 ausgebildete Öffnung 88 erstreckt,
wodurch die Fläche
einer ringförmigen
Wassereinlaßöffnung definiert
wird, die den Wasserstrom zum Spülventil 16 bestimmt.
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Die
Bewegung des Kolbens 82 der Spülventilbetätigung 22 gegen die
Federkraft einer Feder 92 bewegt das Ventil 85 in
seinem Sitz 86, wodurch eine Verbindung zwischen einer
oberen Kammer „C" des Spülventils 16 über eine Öffnung 94 zu
einem Druckentlastungsrohr 96 hergestellt wird, um die
Spülung einzuleiten,
was nachfolgend beschrieben ist. Das Rohr 96 kommuniziert
mit dem Umgebungsdruck in der Toilettenschüssel (nicht gezeigt).
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Wie
am besten in den 3 und 5 bis 7 zu
erkennen ist, umfaßt
die Spülventilanordnung 16 gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung einen vertikal angeordneten Spülventilzylinder 100 mit
einem oberen Endbereich 102, der an dem Verteiler 18 anliegt.
Ein unterer Endbereich 106 des Zylinders 100 endet
kurz vor einer in dem unteren Teilstück 34 des Wasserkessels 14 vorgesehenen
konischen Ventilsitzfläche 108 eines
Wasserauslaßdurchganges 109.
Der Wasserstrom von dem Wasserkessel 14 durch den Durchgang 109 wird durch
ein O-Ring-Ventil 110 kontrolliert, der an einem Schaft 114 eines
Spülventilkolbens 116 gehalten
ist.
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Ein
oberer Endbereich 118 des Kolbens 116 weist einen
becherförmigen
Aufbau auf und erstreckt sich aufwärts bis zu einem vorbestimmten
Abstand, beispielsweise 10 mm (0,4 inch), zum oberen Ende 102 des
Spülventilzylinders 100,
wodurch die Aufwärtsbewegung
des Kolbens 116 auf 10 mm (0,4 inch) begrenzt ist.
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Der
Spülventilkolben 116 umfaßt einen
auf diesem vorgesehenen elastomeren Kolbenring 130, der
gegen den Zylinder 100 abdichtet, wodurch der Zylinder 100 in
eine obere Kammer 132 und eine Hauptkammer 134 des
Wasserkessels 14 unterteilt wird. Der Kolben 116 umfaßt ein mittig
an diesem angeordnetes Ventil 136, das normalerweise eine
in diesem ausgebildete Öffnung 138 abdichtet.
Sobald in der oberen Kammer 132 ein Überdruck entsteht, öffnet sich
das Ventil 136 gegen die Federkraft einer Feder 139,
wodurch die obere Kammer 132 entlüftet wird. Diese geringfügige Entlüftung der
oberen Kammer 132 bei beispielsweise 310 kPa (45 PSI) bewirkt einen
Druckunterschied zwischen der oberen Kammer 132 und der
Hauptkammer 134 des Wasserkessels 14. Entsprechend
hebt sich der Spülventilkolben 116,
wodurch sich der Druck in der Hauptkammer 134 des Wasserkessels 14 verringert.
Anfangs treten Schwankungen auf, wenn wiederholt ein Druckunterschied
erzeugt wird, der dann schließlich
in beiden Kammern ausgeglichen wird, wodurch verhindert wird, daß der Druck
in der Hauptkammer 134 des Wasserkessels 14 ein
vorbestimmtes Niveau überschreitet,
beispielsweise 552 kPa (80 PSI).
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird bei Betätigung des
Druckwassertoilettenspülungssystems 10 automatisch
ein Desinfektionsmittel in die Toilettenschüssel (nicht gezeigt) eingespritzt.
Zwischen den Spülvorgängen verbleibt
das Desinfektionsmittel jedoch nicht in dem Wasserkessel 14,
wodurch verhindert wird, daß das chemische
Desinfektionsmittel den Kessel und die Dichtungen angreifen kann.
Der Desinfektionsmittelbehälter 46,
der beispielsweise wasserlösliche
Desinfektionsmittelpellets 150 enthält, ist mittels einer Wassereinlaßleitung 152 mit
dem an dem Verteiler 18 vorgesehenen manuellen Betätigungselement 22 verbunden.
Ein Ende 153 der Wassereinlaßleitung 152 ist mit
einem an dem Betätigungselement 22 vorgesehenen
Stutzen 154 verbunden, der mit dem Ventil 85 kommuniziert,
das von dem Betätigungskolben 52 gehalten
ist. Die Abmessung der Öffnung
in dem Stutzen 154 in Verbindung mit der Zeitdauer, während der
der Stutzen dem Druckwasser ausgesetzt ist, bestimmt die Wassermenge,
die durch das Rohr 152 zu dem Desinfektionsmittelbehälter 26 strömt, was
nachfolgend näher
beschrieben ist. Ein gegenüberliegendes
Ende 156 der Wassereinlaßleitung 152 ist mit
dem Behälter 26 verbunden.
Ein Ende 160 einer Desinfektionsmittelauslaßleitung 158 ist
oberhalb des Kugelventils 48 mit dem Deckel 44 der
Lufteinleitung 25 verbunden. Ein gegenüberliegendes Ende 142 der
Leitung 158 erstreckt sich abwärts eine vorbestimmte Strecke
in dem Behälter 150,
was nachfolgend beschrieben ist.
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Vor
dem Spülen
des Systems 10, wie am besten in 3 gezeigt
ist, befindet sich der Desinfektionsmittelpegel in dem Behälter 26 gerade
unterhalb des unteren Endes 162 der Desinfektionsmittelauslaßleitung 158.
Wie am besten in 5 zu erkennen ist, wird beim
Spülen
des Systems 10, eingeleitet durch eine Bewegung des Kolbens 82 des
manuellen Betätigungselementes 22 nach
links, eine Fluidverbindung von der Kammer C in dem Spülventil 16, durch
das Ventil 85 zum Stutzen 154 und entsprechend
durch die Wassereinlaßleitung 152 bis
zum Desinfektionsmittelbehälter 150 erzeugt.
Basierend auf der Größe des Stutzens 154 und
der Dauer der Spülung
wird aufgrund des Rückstaus,
der durch den Spülstrom
aus der Hauptkammer 134 in die Wassertoilettenschüssel erzeugt
wird, eine kontrollierte Wassermenge durch die Leitung 152 in
den Behälter 26 geleitet.
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Die
Dauer des Spülstroms
aus der Hauptkammer 134 steuert die Wassermenge, die durch den
Stutzen 154 abgeleitet wird. Das zum Behälter 150 strömende Wasservolumen
wird berechnet, um den Pegel des darin enthaltenen Desinfektionsmittels um
ein vorbestimmtes Maß über das
untere Ende 162 der Desinfektionsmittelauslaßleitung 158 anzuheben.
Normalerweise wird ein Ausströmen
aus dem Behälter 26 durch
das Kugelventil 48 der Lufteinlaßeinrichtung 25 verhindert,
das durch den Innendruck des Verteilers 18 und des Wasserkessels 14 in
seine geschlossene Stellung vorgespannt ist.
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Mit
Fortschreiten des Spülvorgangs
bis zu dem in 6 gezeigten Moment, in dem das
in dem Wasserkessel 14 enthaltene Wasser im wesentlichen entleert
ist, wird der Druck in dem Wasserkessel 14 derart reduziert,
daß ein
Druckunterschied, der durch den Venturi-Effekt aufgrund des Wasserstroms
durch das Rohr 50, das sich in die Wassereinlaßöffnung 52 in
den Wasserkessel 14 erstreckt, erzeugt wird, über das
Kugelventil 48 entsteht, der das Ventil 48 öffnet. Das Öffnen des
Ventils 48 erzeugt einen Desinfektionsmittelstrom von dem
Behälter 26 durch
die Lufteinlaßeinrichtung 25 in
dem Wasserkessel 14. Nachdem sich der Desinfektionsmittelpegel
in dem Behälter 26 unter
den Pegel des Endbereiches 162 der Leitung 158 abgesenkt
hat, endet der Desinfektionsmittelstrom, woraufhin Luft durch die
Leitung 158 zur Lufteinlaßeinrichtung 25 und
somit in den Wasserkessel 14 gesogen wird, um den darin
enthaltenen Luftvorrat wieder aufzufüllen.
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Wie
in 7 gezeigt ist, hat die Kesselauffüllung begonnen
und das Ventil 48 der Lufteinlaßeinrichtung 25 ist
aufgrund des Innendrucks innerhalb des Verteilers 18 geschlossen.
Es sollte klar sein, daß das
in dem Wasserkessel 14 gespeicherte Wasser kein Desinfektionsmittel
aufweist, da das Spülventil 110 den
Wasserkessel 14 nicht abdichtet, bis das in den Wasserkessel 14 gesogene
Desinfektionsmittel ausreichend Zeit gehabt hat, den Wasserkessel 14 zu
verlassen und in die Toilettenschüssel zu strömen, so daß die Dichtungen und weitere
Komponenten des Druckwassertoilettenspülungssystems 10 vor
Beeinträchtigungen
geschützt
sind.
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Im
Betrieb, wie in 3 gezeigt ist, ist der Wasserkessel 14 vollständig mit
Luft und Wasser bei beispielsweise 152 kPa (22 psi) gefüllt und
das System 10 ist bereit zur Spülung. Insbesondere die Zonen
(A), (B), (C) und (E) weisen einen Druck von 152 kPa (22 psi) auf.
Die Zonen (D), (F) und (G) weisen Umgebungsdruck auf.
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5 zeigt
den Zustand, der sich einstellt, wenn der Spülvorgang eingeleitet wird.
Die Spülung erfolgt,
wenn der Betätigungskolben 82 des
Spülventilbetätigers 22 herabgedrückt wird,
so daß das
in der Zone „C" vorhandene, unter
Druck stehende Wasser durch das Betätigungselement 22 in
die Zone „D" und somit zur Zone „F" sowie durch die
Wassereinlaßleitung 152 strömen kann,
um den Desinfektionsmittelpegel in dem Behälter 150 anzuheben.
Der zwischen der Zone „E" und der Zone „C" vorhandene Druckunterschied
zwingt den Kolben 116 der Spülventilanordnung 16 dazu,
sich anzuheben, so daß das
in der Zone „E" vorhandene Wasser
durch die Auslaßöffnung 109 in
die Toilettenschüssel,
also in die Zone „F" strömen kann.
Es sollte klar sein, daß sich
der Kolben 116 der Spülventilanordnung 16 beispielsweise
um 10 mm (0,40 inch) anhebt, so daß nur ein entsprechendes Wasservolumen
aus der Zone „C" abgelassen wird.
Dieses Wasservolumen ist derart bestimmt, daß es der Wassermenge entspricht,
die innerhalb von 0,25 Sekunden durch das Spülventilbetätigungselement 22 ausgelassen
werden kann. Die entsprechende Wassermenge wird benötigt, um nach
jedem Spülvorgang
die Zone „C" wieder aufzufüllen und
das Spülventil 110 in
seine dichtende Stellung zurückzuführen, und
zwar unabhängig
davon, ob der Kolben 82 des Spülventilbetätigers 22 länger als
0,25 Sekunden gedrückt
wird.
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Mit
fortschreitendem Spülprozeß senkt
sich der Druck in der Zone „E", so daß sich der
Regler 24 zu öffnen
beginnt und sich ein Strom durch die Zone „A" zu den Zonen „B" und „C" entwickelt, wobei der durch die Zonen „A" und „B" fließende Strom
maximal ist, wenn der Druck innerhalb des Kessels „E" gleich Null ist.
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6 zeigt
den Zustand, wenn die Wasserspülung
im wesentlichen abgeschlossen ist, aber Wasser und Desinfektionsmittel
weiterhin zwecks Wiederauffüllung
durch den Wasserkessel 14 in die Toilettenschüssel strömen. In
diesem Zustand fließt Wasser
in die Zonen „A", „B" und „C", das Desinfektionsmittel
strömt
jedoch nur in die Zonen „B" und „E" und somit in die
Zone „F". Nachdem die vorbestimmte
Desinfektionsmittelmenge die Zone „B" passiert hat, wird Luft durch die Lufteinlaßeinrichtung 25 in
die Zone „B" und somit in den
Wasserkessel 14 geleitet.
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Bis
der in die Zone „C" strömende Wasserstrom
den Spülventilkolben 116 und
das O-Ring-Spülventil 110 in
ihre geschlossene Stellung gegen ihre Sitze 108 gedrückt hat,
wird das in die Zone „E" strömende Wasser
in die Zone „F" gesogen, um die
Toilettenschüssel
wieder aufzufüllen
(nicht gezeigt).
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7 zeigt
den Zustand, wenn die Wiederauffüllung
der Toilettenschüssel
abgeschlossen ist, das Spülventil 110 geschlossen
ist und die Auffüllung und
der Druckaufbau in dem Wasserkessel 14 beginnen. In diesem
Zustand werden alle Ströme
durch die Zone „A" durch die Zone „B" in die Zone „E" des Wasserkessels 14 abgeleitet.
Es sollte klar sein, daß sich die
Lufteinlaßeinrichtung 25 aufgrund
des Druckaufbaus in den Zonen „A", „B", „C" und „E" schließt, sobald
der Kolben 116 der Spülventilanordnung 16 in seiner
geschlossenen Stellung verweilt und die Zone „C" vollständig mit Wasser gefüllt ist.
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Wie
in 8 gezeigt ist, umfaßt ein modifiziertes Wasserfördersystem
zu dem Desinfektionsmittelbehälter 26 eine
Wassereinlaßleitung 252,
deren eines Ende 254 mit einem Stutzen 256 verbunden
ist, der mit der Wasserauslaßzone „E" kommuniziert. Die
Abmessungen der Öffnung
in dem Stutzen 256 zusammen mit der Dauer der Spülung bestimmen
die Wassermenge, die durch das Rohr 252 zu dem Desinfektionsmittelbehälter 26 strömt. Ein
gegenüberliegendes
Ende 258 der Wassereinlaßleitung 152 erstreckt
sich in den Behälter 26.
Der Auslaß des Desinfektionsmittels
aus dem Behälter 26 durch
die Leitung 158 wurde bereits beschrieben.
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Es
sollte klar sein, daß die
Druckwassertoilette gemäß der vorliegenden
Erfindung auch vollständig
ohne die Verwendung des hierin beschriebenen Desinfektionsmittelbehälters 26 betrieben
werden kann. Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich,
daß das
Druckwassertoilettenspülungssystem 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Vielzahl einzelner Merkmale aufweist. Insbesondere ermöglicht das
System 10 eine leise Entleerung nach der Betätigung,
da der Spülventilkolben 116 zwar
sofort öffnet,
sich aber nur relativ langsam aufwärts bewegt, so daß die Wasserauslaßöffnung 109 nach
und nach gefüllt
wird. Diese relativ langsame Öffnungsbewegung
wird sowohl durch die Abmessung des Strömungsweges von der Zone „C" als auch durch die Abmessung
des Strömungsweges
zur Zone „D" bestimmt. Es sollte
klar sein, daß die
Größe der Nadelventilöffnung 88 zusammen
mit dem Nadelventil 87 den Volumenstrom des Frischwassers
in die obere Kammer „C" des Spülventils 16 bestimmt.
Bei einer Ausführungsform
der Erfindung beträgt
der Ringraum 0,50 mm2 (0,00078 inch2). Ein Verstopfen des Ringraums durch in
dem Wasserfördersystem
vorhandene Partikel wird minimiert, da das Nadelventil 87,
wenn es heruntergedrückt
ist, sämtliche
Verunreinigungen entfernt, die sich in der Öffnung 88 befinden.
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Das
Wiederauffüllungsvolumen
der Toilettenschüssel
kann verändert
werden, indem der Durchmesser sowohl der Öffnung 52 als auch
der Öffnung 88 zusammen
mit dem Durchmesser des Rohrs 50 und des Nadelventils 87 verändert wird,
wodurch die in die Zonen „B" und „C" geleitete Wassermenge
entsprechend geändert
wird, so daß die
Bewegung des Kolbens 116 und das Schließen der Spülventilanordnung 16 nach
dem Spülen
und/oder die Wassermenge zum Auffüllen der Schüssel, die durch
den Wasserkessel 14 zu der Toilettenschüssel geleitet wird (nicht gezeigt)
erhöht
oder erniedrigt wird. Auf diese Weise kann das System 10 sehr
genau an verschiedene Schüsseln
angepaßt
werden, wodurch eine maximale Wasserersparnis und Leistung erzielt
werden. Das Schüsselauffüllvolumen kann
ebenfalls geändert
werden, indem die von der oberen Kammer „C" des Spülventils 16 abgelassene Wassermenge
geändert
wird. Wenn beispielsweise der Hub von 10 mm (0,4 inch) auf 20 mm
(0,8 inch) geändert
wird, wird das Offenhalteintervall des Spülventils mehr als verdoppelt,
da mehr Wasser in die obere Kammer „C" strömen
muß, um
den Spülventilkolben 116 zurück auf seinen
Sitz zu drücken.
Auf diese Weise wird auch das Gesamtspülvolumen erhöht.
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Ein
interner Rückschlag
wird durch die frei schwimmenden Kugelventile 68 und 72 in
dem Druckregler 24 erzeugt. Bei Unterdruck, wenn beispielsweise
der Druck im Wasserkessel 14 höher als der im Wasserfördersystem
ist, bewegen sich die Kugelventile 68 und 72 gegen
ihre entsprechenden Sitze 78 und 79, wodurch ein
Rückstrom
verhindert wird.
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Ein
weiteres einzigartiges Merkmal des Druckwassertoilettenspülungssystems 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, daß das
System weniger Wasser bei einem höheren Förderleitungsdruck (beispielsweise
344–552
kPa (50 bis 80 PSI)) verbraucht als bei geringen Drücken (beispielsweise
138 kPa (20 PSI)). Anders gesagt, führt ein relativ hoher Förderdruck
dazu, daß sich
der Spülventilkolben 116 relativ
schnell schließt,
nachdem der Kessel gespült
ist. Ferner zeigt das System nur einen minimalen Unterschied in
Bezug auf den Wasserverbrauch bei verschiedenen Drücken, beispielsweise zwischen
138 bis 552 kPa (20 bis 80 PSI).
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Während die
vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben
wurde, sollte klar sein, daß weitere
Modifikationen möglich
sind, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen,
der durch die beiliegenden Ansprüche
definiert ist.