DE9007796U1 - Überlaufbauwerk zum Aufteilen oder Auftrennen eines Flüssigkeitsstroms - Google Patents

Description

Emil Lang, Michael Beutler
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Überlaufbauwerk zum Aufteilen oder Auftrennen eines Flüssigkeitsstroms.

Die Erfindung betrifft ein Überlaufbauwerk zum Aufteilen oder Auftrennen eines Flüssigkeitsstroms, insbesondere Abwasserstroms, in der Klärtechnik,gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Überlaufbauwerke des angegebenen Aufbaus werden beispielsweise im großen Umfang in Abwasserkanalisationssystemen eingesetzt. Dabei dienen dann diese Überlaufbauwerke dazu, für einen der Größe der Käranlage angemessenen Abwasserzulauf zu sorgen, also beispielsweise zu verhindern, daß bei einem starken Regenfall die Kläranlage überlastet wird. Zu diesem Zweck leitet das Überlaufbauwerk bei normalem Abwasseranfall das Abwasser unmittelbar weiter (Hauptschluß}, wohingegen es bei übermäßigem Abwasseranfall einen Teil des Abwassers abtrennt und zu einem Zwischenlager führt, beispielsweis einem Regenüberlaufbecken. Die Aufteilung erfolgt dabei mittels sogenannter überlaufschwellen.

Die heute im Einsatz befindlichen Überlaufbauwerke haben die Gestalt eines Quaders, der durch zumindest eine Überlaufschwelle in zumindest zwei gesonderte Kammern unterteilt ist, wobei eine Kammer einen Zu- und einen Ablauf .(HauptSchluß) , die andere Kammer dagegen nur einen Ablauf (Nebenschluß) aufweist. Wesentlich dabei ist, daß die Überlaufschwellen eine möglichst große Länge besitzen, was dazu führt, daß die Überlaufbauwerke als sehr langgestreckte Quader ausgebildet werden müssen, was jedoch mehrere Nachteile mit sich bringt. So ergibt sich ein großer Flächenverbrauch, was zu hohen Baukosten führt, insbesondere dann, wenn das Überlaufgebäude, wie meist der Fall, unter dem Erdboden zu erstellen ist. Darüberhinaus aber führt diese langgestreckte Bauweise des Gebäudes und damit der Kammern zu sehr ungünstigen Strömungsverhältnissen, insbesondere zu einem ungleichmäßigen Überlauf beim ersten Spülstoß. Es besteht sogar die Gefahr, daß sich bei schießendem Zufluß das Medium unkontrolliert im Bauwerk verteilt und in die Vorflut gelangen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Überlaufbauwerk zu schaffen, daß möglichst wenig Raum beansprucht, vergleichsweise kostengünstig herzustellen ist und verbesserte Strömungsbedingungen aufweist, insbesondere einen gleichmäßigen Überlauf über die Gesamtlänge der Überlaufwand. Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs

Mit der Erfindung wird also ein kreiszylindrisches Überlaufbauwerk geschaffen, bei dem die Kammern, nicht wie beim Stand der Technik nebeneinander, ineinander angeordnet sind, womit sich bei gleicher Grundfläche des Gebäudes eine wesentlich längere Überlaufschwelle ergibt als bei den vorbenannten, quaderförmigen Gebäuden mit geradliniger Überlaufschwelle. Darüberhinaus kann dieses Rundgebäude

mit wesentlich geringeren Kosten erstellt werden als ein vergleichbares Bauwerk bisheriger Bauart. Schließlich wird durch die zylindrischen bzw. ringförmigen Kammern sowie die Anordnung der Zu- und Abläufe eine optimale Strömungscharakteristik erreicht, die einen völlig gleichmäßigen Überlauf über die Überlaufschwellen gewährleistet.

Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das Bauwerk, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch das Bauwerk

in einer Ebene des Schnitts von Fig. senkrechten Ebene,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Bauwerk (Deckplatte abgenommen), und

Fig. 4 eine Skizze zur Erläuterung der Strömungs

verhältnisse in der Innenkammer.

Eine erste Ausführungsform des Bauwerks wird nun anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben. Das Bauwerk weist eine kreisscheibenförmige Bodenplatte 10 auf, auf der eine Außenwand 11 in Form eines vertikalen KreisZylinders steht, die ihrerseits eine kreisscheibenförmige Deckplatte 12 mit Inspektionseinstiegen 12a trägt. Weiterhin stehen auf der Bodenplatte 10 eine innere kreiszylindrische Überlaufschwelle 13 sowie eine äußere kreiszylindrische Überlaufschwelle 14, wobei die innere überlaufschwelle 13, die äußere Überlaufschwelle 14 und die Außenwand 11 koaxial um die Vertikale, durch die Mittelpunkte von Bodenplatte 10 und Deckplatte 12 hindurchgehende Mittelachse angeordnet sind. Damit ergeben sich eine von der inneren Überlaufschwelle 13 begrenzte Innenkammer 15, eine ringförmige, von den beiden Überlaufschwellen 13, 14 begrenzte

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Zwischenkammer 16 und eine von der äußeren Überlaufschwelle 14 und der Außenwand 11 begrenzte Außenkammer 17. Die Höhe der Überlaufschwellen 13, 14 ist so bemessen, daß zwischen ihren Oberkanten und der Unterfläche der Deckplatte 12 ein Freiraum bleibt, wobei die innere Überlaufschwelle 13 eine geringere Höhe aufweist als die äußere überlaufschwelle 14 und an ihrer Oberkante mit einem nach innen gerichteten Überstand 13a versehen ist, dessen Oberfläche nach außen schräg abfällt. Weiterhin ist im Gebäude eine ringförmige Tauchwandanordnung 18 vorgesehen, die zwischen der inneren Ringfläche des Überstands 13a und seiner Oberfläche jeweils nur einen ringspaltförmigen Durchlaß freiläßt; derartige Tauchwandanordnungen sind bekannt, so daß sich eine Erläuterung der Konstruktion hier erübrigt.

Ein äußeres Zulaufrohr 19, 20 durchsetzt die Außenwand 11 sowie die beiden Überlaufschwellen 13, 14 und mündet in die Innenkammer 15. Diametral zur Einmündung des Zulaufrohrs geht von der Innenkammer 15 ein Ablaufrohr 20 vergleichsweise geringen Durchmessers ab, welches ebenfalls die beiden Überlaufschwellen 13, 14 und die Außenwand durchsetzt. Ein weiteres (zweites) Ablaufrohr geht vom inneren Ringraum 16 ab, wobei es die äußere überlaufschwelle 14 und die Außenwand 11 durchsetzt und in, der Zeichnung senkrecht zum ersten Ablaufrohr 17 verläuft, und ein drittes Ablaufrohr 22 geht vom äußeren Ringraum 17 ab,wobei es die Außenwand durchsetzt und sich in der Zeichnung diagonal zum zweiten Ablaufrohr 21 erstreckt.

Die Erstellung des beschriebenen Bauwerkes kann vergleichsweise schnell und kostensparend erfolgen. Im Fall der Erstellung aus Beton kann so vorgegangen werden, daß.zunächst eine zylindrische Baugrube ausgehoben, dann die Bodenplatte betoniert und die Außenwand 11 hochgezogen wird, worauf die Überlaufschwellen 13, 14 eingesetzt und die Deckplatte 12

aufgesetzt wird, gegebenenfalls als Fertigteile- Eine andere noch wirtschaftlichere Möglichkeit besteht darin, das Bauwerk im Absenkverfahren zu erstellen, indem dann das Erdreich in Inneren der Außenwand 11 entfernt und die Ringwand abgesenkt wird. Danach wird die Bodenplatte 10 gegossen. Im Fall des Eindringens von Grundwasser kann die Baugrube durch vorheriges Einbringen von Unterwasserbeton und nachträgliches Abpumpen des Wassers im Bereich der Ringwand trockengelegt werden, um ein Armieren und Betonieren der Bodenplatte zu ermöglichen. Selbstverständlich kann das Gebäude aber auch aus Metallplatten bzw. metallischen Plattenzylindern gefertigt werden. Als Baumaterial für die Rohre 19, 20, 21, 22 eignen sich sowohl Beton als auch Steinzeug und Metall.

Die Funktionsweise des Gebäudes soll anhand einer üblichen Abwasser-Kanalisationsanlage mit Regenüberlaufbecken erläutert werden. In diesem Fall stellt dann das Zulaufrohr ein Abwasserrohr der Kanalisation dar. Das mit Feststoffen beladene Abwasser strömt aus dem Zulaufrohr 19 in den Innenraum 15 und wird aus diesem durch das einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweisende erste Ablaufrohr 20 abgeführt, beispielsweise zu einer Kläranlage. Dieser Betrieb kann als Normalbetrieb oder als Betrieb im Hauptschluß bezeichnet werden.

Wird über das Zuführrohr 19 Abwasser in einer Menge zugeführt, welche die vom Rohr 20 abführbare Menge übersteigt, dann staut sich das überschüssige Abwasser im Innenraum 15 und tritt schließlich über die innere Überlaufwand 13 in den inneren Ringraum 16. Diesen inneren Ringraum 16 kann das Abwasser durch das zweite Ablaufrohr 21 verlassen, das beispielsweise zu einem Zwischen-Sammelbecken führt, meist Regenüberlaufbecken genannt, weil der eben beschriebene Fall im allgemeinen bei mittleren und stärkeren Regenfällen auftritt. Diese Betriebsweise kann

als Nebenschlußbetrieb bezeichnet werden. Bei extrem starkem Abwasserzufluß durch das Zulaufrohr 19, etwa bei einem Gewitterregen, kann es nun vorkommen, daß die Abflußmenge über das Ablaufrohr 20 und die Speicherkapazität des Regenbeckens über das Rohr 21 nicht mehr ausreichen, d.h.,das Wasser wird im Bauwerk noch höher steigen und dann auch noch die äußere Überlaufwand 14 überwinden und sich in den äußeren Ringraum 17 ergießen, den es dann durch das dritte Ablaufrohr 22 verläßt {z.B. Vorflut).

Wesentlich ist nun, daß sich durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Gebäudes ausgezeichnete Strömungsbedingungen ergeben, wie dies für den Innenraum 15 in Fig. 4 angedeutet ist. Das aus dem Rohr 19 zufließende Abwasser steigt bei entsprechendem Stau an der inneren Überlaufwand 13 hoch, wird dann zur Zylindermitte hin umgelenkt und läuft dann in über dem gesamten Umfang der Wand 13 gleichmäßiger Menge über die Wand 13 hinweg und fällt in den inneren Ringraum 16. Durch den ringförmigen Überstand 13a wird bei schießendem Zufluß das ankommende Wasser zur Mitte umgelenkt und beruhigt, bevor es über die Schwelle 13 strömt. Durch Anordnung der Tauchwände 18 wird ein Großteil der vom Abwasser mitgeführten Feststoffe im Innenraum 15 zurückgehalten, was bedeutet, daß das den inneren Ringraum 16 durch das Rohr 21 verlassende Abwasser in einem bereits vorgereinigtem Zustand in das Regenüberlaufbecken gelangt. Derselbe Effekt der gleichmäßigen Überströmung ergibt sich auch dann, wenn bei übermäßiger Abwasserzufuhr auch noch die äußere Überlaufschwelle 14 überströmt wird, wobei zwischen oberem Randbereich der Schwelle 14 und Tauchwandanordnung ein nochmaliges Zurückhalten von Feststoffen feststellbar ist. Nun besteht ja im letztgenannten Fall das Abwasser zum größten Teil aus reinem Regenwasser; verbunden mit der erwähnten zweimaligen Festkörpersperre

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führt dies dazu, daß das durch das Rohr 22 abgehende Wasser nahezu festkörperfrei ist, also der Vorflut (Bach) zugeführt werden kann.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. In manchen Fällen ist eine einzige Ringkammer ausreichend, wohingegen es in anderen Fällen zweckmäßig sein mag, drei oder mehr zueinander koaxiale Ringkammern vorzusehen. Mehrere Ringkammern sind vor allem dann von Vorteil, wenn es von Bedeutung ist, eine möglichst gute Trennung zwischen einerseits reiner Flüssigkeit und andererseits Feststoffteilchen, Schäumen und dergleichen zu erreichen. Die beschriebene Ausführung der Außenwand und der Überlaufschwellen in Form von Kreiszylindern stellt zwar die optimale Lösung dar, jedoch sind auch Annäherungen an die Optimalform durch polygonale Wände denkbar. Schließlich ist die Erfindung nicht nur bei Abwasser-Kanalisationssystemen anwendbar, sondern kann auf vielen Gebieten der Klärtechnik eingesetzt werden, beispielsweise an Stelle von Zwischenlagerungs-, Trenn- und Abscheidebecken.

Claims (11)

ANSPRÜCHE

1. Überlaufbauwerk zum Aufteilen oder Auftrennen eines Flüssigkeitsstroms, insbesondere Abwasserstroms, in der Klärtechnik, mit einer Außenwand und zumindest zwei innerhalb dieser angeordneten, durch eine Überlaufschwelle voneinander getrennten Kammern, wobei die eine Kammer einen Zu- und einen Ablauf, die andere Kammer nur einen Ablauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (11) und die Überlaufschwelle (13) die Form aufrechtstehender, zueinander koaxialer Kreis:zylinder haben, daß die von der Überlaufschwelle (13) umgrenzte Innenkammer (15) einen Zulauf (19) und einen Ablauf (20) aufweist, die jeweils die Überlaufschwelle (13) und die Außenwand (11) durchsetzen, und daß die von Überlaufschwelle (13) und Außenwand (11) begrenzte Ringkammer (16, 17) einen Ablauf (21) aufweist, der die Außenwand (11) durchsetzt.

2. Bauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Überlaufschwelle (13) und der Außenwand (11) eine weitere kreiszylindrische Überlaufschwelle (14) angeordnet ist, wobei der Ablauf (21) der inneren, von den beiden Überlaufschwellen (13, 14) begrenzten Ringkammer (16) die äußere Überlaufschwelle (14) und die Außenwand (11) durchsetzt, der Ablauf (22) der von äußerer Überlauf schwelle und Außenwand (11) begrenzten Ringkammer (17) die Außenwand

(11) durchsetzt und die beiden Abläufe (21, 22) zueinander diagonal sind.

3. Bauwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von weiteren, zwischen innerer Überlaufschwelle (13) und Außenwand (11) angeordneter Überlaufschwellen und Ringkammern mit jeweils gesondertem Ablauf.

4. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß z: ümindest die innere Überlauf schwelle (13) an ihrer Oberkante einen nach innen gerichteten Überstand (13a) mit abgeschrägter oberer Oberfläche aufweist.

5. Bauwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufschwellen (13, 14) unterschiedliche Höhen aufweisen, und zwar von innen nach außen ansteigend oder umgekehrt (je nach Verwendungszweck).

6. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ablaufs (20) des Innenraums (15) wesentlich geringer ist als der Durchmesser des Zulaufs (19) zum Innertraum (15).

7. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte, zumindest die innere Überlaufschwelle (13) übergreifende Tauchwandanordnung

(18) vorgesehen ist.

8. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine abdeckende Deckplatte (12) mit Inspektionseinstiegen (12a) .

9. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ablaufrohre (20, 21, 22) bezüglich des Bauwerk-Mittelpunkts radial erstrecken.

10. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (19) radial und diagonal zum Ablauf (20) oder zentral von unten her in die Innenkammer (15) e inmünde t.

11. Bauwerk nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Zu~und Ablaufrohre(19, 20, 21, 22) winkelsymmetrisch zueinander verlaufen.