EP0570739B1

EP0570739B1 - Entwässerungsanlage

Info

Publication number: EP0570739B1
Application number: EP93107035A
Authority: EP
Inventors: Harald Michael
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1997-11-19
Anticipated expiration: 2013-04-30
Also published as: PL298983A1; US5337773A; DE4216628A1; JPH0650260A; ATE160407T1; CA2096489A1; KR930023557A; EP0570739A1; DE59307690D1

Description

Die Erfindung betrifft eine mit Unterdruck betriebene Entwässerungsanlage, bestehend aus einer Unterdruckquelle, wenigstens einer daran angeschlossenen, im oder am Boden verlegten Sammelleitung und mehreren mit Zwischenabstand mit dieser verbundenen, durch unabhängig von einander betätigbare Absaugventile absperrbaren Anschlußleitungen.
Während in Entwässerungsanlagen mit Freigefälleleitungen das Abwasser durch Schwerkraft transportiert wird, beruht der Transport in Vakuum-Entwässerungsanlagen auf dem Prinzip der Pfropfenförderung, wobei, ebenso wie bei der Rohrpost, ein Flüssigkeitspfropfen den Rohrquerschnitt verschließt und durch eine Druckdifferenz zwischen Vor- und Rückseite in der Vakuumleitung vorwärts getrieben wird. Wenn der Pfropfen während des Tranports von der ihn schiebenden Luft überholt wird, indem diese durch das langsamer strömende Wasser hindurchdringt, muß bei einer sich über eine längere Entfernung erstreckenden Sammelleitung, z. B. jeweils nach etwa 20 Metern, eine Senke bzw. Tasche ausgebildet sein, in der sich das im benachbarten Leitungsabschnitt zurückgebliebene Wasser sammelt und wieder einen der Leitungsquerschnitt verschliessenden Pfropfen bildet, der mindestens zur nächsten Senke bzw. Tasche weitertransportiert wird, wenn durch Öffnen eines Ventils wiederum eine Druckdifferenz zwischen der zum äußeren Ende der Sammelleitung und der zur Unterdruckquelle weisenden Seite des Pfropfens erzeugt wird.
Vakuum-Entwässerungsanlagen können teilweise auch Freigefälleleitungen enthalten, in denen der System-Unterdruck herrscht (vgl. DE 29 08 745 C2 und DE 26 37 962 B2). Es gibt dabei aber immer zwischen der Unterdruckquelle, d. h. der Vakuumpumpe, und den abzusaugenden Hausanschlüssen oder anderen Anschlüssen Taschen und Senken, in denen das Wasser den Leitungsquerschnitt ausfüllt.
Das vorstehend geschilderte Funktionsprinzip von Vakuum-Entwässerungsanlagen hat für einen störungsfreien Betrieb zur Voraussetzung, daß bei jedem Öffnen eines Absaugventils nur eine verhältnismäßig kleine Wassermenge von wenigen Litern zusammen mit einem vielfachen Volumen an Luft eingesaugt wird. Die große Luftmenge im Verhältnis zur Menge des beförderten Wassers läßt den Betrieb einer Vakuum-Entwässerungsanlage zwar unwirtschaftlich erscheinen, ist aber bei nach dem Pfropfenförderungsprinzip betriebenen Ortsentwässerungsanlagen, deren Absaugventile an den einzelnen Hausanschlüssen unabhängig von einander je nach Abwasseranfall betätigt werden, eine Notwendigkeit. Dabei wird sogar ein Gleichzeitigkeitsfaktor berücksichtigt, d. h. die mit statistischer Wahrscheinlichkeit immer wieder eintretende Situation daß mehrere zu einer Sammelleitung führende Hausanschlußleitungen gleichzeitig oder kurz hintereinander geöffnet werden, so daß plötzlich eine besonders große Luftmenge eintritt, die einen sehr großen Druckunterschied zur Vakuumquelle hin erzeugt und damit in der Lage ist, auch große Wasserpfropfen bzw. verhältnismäßig lange Wassersäulen, die sich an den Taschen und Senken der Vakuumleitung gebildet haben, genügend zu beschleunigen, daß sie wenigstens bis zur nächsten Tasche oder Senke in Richtung zur Vakuumquelle hin weitertransportiert werden, bevor die Luft hindurchgeperlt ist. In ruhigen Zeiten, z. B. nachts, wenn der Gleichzeitigkeitseffekt nicht auftritt, müssen ggf. zusätzlich zu den Absaugventilen an den Hausanschlußleitungen vorgesehene Belüftungsventile geöffnet werden, um das Verstopfen der Entwässerungsanlage durch zu lange, träge Wassersäulen zu verhindern.
Die bisher gebauten Vakuum-Entwässerungsanlagen für die Ortsentwässerung funktionieren auch bei verhältnismäßig großen Druckschwankungen im Leitungsnetz in Abhängigkeit von dessen Belastung bzw. Füllung. Das liegt zum einen daran, daß das Absaugventil eines Hausanschlusses nur dann selbsttätig öffnet, wenn in der Sammelleitung an der Anschlußstelle ein bestimmter Mindestunterdruck herrscht, zum anderen daran, daß an den einzelnen Hausanschlüssen genügend große Sammelbehälter vorhanden sind, die ein Vielfaches des bei einem Absaugvorgang abzusaugenden Wasservolumens aufzunehmen und längerfristig zu speichern vermögen. Wenn also im Leitungssystem vorübergehend in einem einzelnen Strang oder insgesamt nur ein schwacher Unterdruck herrscht, öffnen die davon betroffenen Hausanschlüsse vorübergehend nicht, bis sich die Situation, ggf. unter Einschaltung der erwähnten Belüftungsventile, wieder normalisiert hat.
Die Absaugventile an den Hausanschlüssen der bekannten Vakuum-Entwässerungsanlagen sind so gesteuert, daß sie bei einem bestimmten Füllstand des Sammelbehälters am Hausanschluß und bei Vorhandensein eines ausreichenden Unterdrucks in der Vakuumleitung automatisch öffnen und entweder nach einer bestimmten Zeitdauer oder nach Leerung des Sammelbehälters und zusätzlich einer bestimmten Öffnungsdauer für den Einlaß von Luft wieder schließen. Es ist dabei für die betriebssichere Funktionsweise der Anlage unerheblich, ob ein Sammelbehälter bei einem Absaugvorgang tatsächlich vollständig geleert wird, denn wenn dies nicht der Fall ist, wird bei ausreichendem Vakuum kurze Zeit später ein neuer Absaugvorgang eingeleitet.
Es gibt allerdings Situationen, wo einerseits eine Entwässerung durch Abfluß im Freigefälle nicht möglich ist, andererseits aber auch eine Vakuum-Entwässerungsanlage, die nach dem Prinzip der Pfropfenförderung arbeitet, nicht immer zuverlässig funktioniert. Solche bisher erst unvollständig erschlossenen Anwendungsgebiete finden sich z. B. dort, wo über die Anschlußleitungen jeweils bei einem einzigen Absaugvorgang größere Sammelbehälter vollständig geleert werden müssen oder wo man beim Öffnen eines Absaugventils in jedem Fall zuverlässig auf einen starken Unterdruck angewiesen ist, wie z. B. dann, wenn die Anschlußleitungen hohe Steigleitungen sind oder enthalten, wobei sichergestellt sein muß, daß die bei einem Öffnungsvorgang eines Absaugventils abzusaugende Flüssigkeitsmenge die Höhe der Steigleitung überwindet, statt darin zurückzufallen.
Der erwähnte Anwendungsfall, daß verhältnismäßig große Sammelbehälter abgesaugt werden müssen, besteht z. B. bei Wartungsbahnhöfen, in denen die Abwasserbehälter der Wagen eines Eisenbahnzugs entsorgt werden. Eine Ventilsteuerung für die Absaugventile einer solchen Entwässerungsanlage ist in der EP 0 341 595 B1 beschrieben. Sie funktioniert derart, daß nach dem Auslösen eines Absaugvorgangs der gesamte angeschlossene Abwasserbehälter leergesaugt wird und das Absaugventil automatisch schließt, wenn nach der Leerung des Abwasserbehälters Luft nachströmt und dadurch der absolute Druck am Absaugventil ansteigt. Es ließen sich zwar auch Sicherheitsvorkehrungen treffen, wie z. B. akustische oder optische Warneinrichtungen, die auf jeden Fall gewährleisten, daß alle Abwasserbehälter eines Zuges vollständig geleert werden, bevor dieser auf die nächste Reise geht. Damit wäre jedoch beträchtlicher zusätzlicher Aufwand verbunden. Andererseits besteht bisher die Gefahr, daß es vom Wartungspersonal unbemerkt bleibt, wenn ein Absaugventil bereits schließt, bevor ein Sammelbehälter ganz geleert worden ist.
Das vorzeitige Schließen eines Absaugventils der in der EP 0 341 595 B1 beschriebenen Art und anderer druckabhängig gesteuerter Ventile kann durch Druckschwankungen ausgelöst werden, die aus den oben beschriebenen Gründen bisher bei Vakuum-Entwässerungsanlagen unvermeidlich sind. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine mit Unterdruck betriebene Entwässerungsanlage der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, in welcher mit einfachen Mitteln der an den Anschlußleitungen zur Verfügung stehende Unterdruck stabilisiert ist, so daß auch die Funktion druckabhängig gesteuerter Absaugventile und ggf. das Absaugen von Abwasser unter erschwerten Bedingungen, wie z. B. über hohe Steigleitungen, gewährleistet ist.
Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sammelleitung zwischen den Anschlußleitungen und der Unterdruckquelle bei im wesentlichen horizontalem Boden über eine Länge von wenigstens etwa 100 m durchgehend mit Gefälle verlegt und so groß bemessen ist, daß ihr innerer Querschnitt größer ist als der innere Querschnitt der Anschlußleitungen und auch bei vorausberechneter maximaler Belastung teilweise frei bleibt.
Die neue Entwässerungsanlage stellt mit der sich aus dem Vorschlag ergebenden besonderen Aufteilung eine Kombination von Elementen einer herkömmlichen Freigefälle-Entwässerungsanlage und einer Vakuum-Entwässerungsanlage dar. Wie oben ausgeführt, werden zwar auch bei Vakuum-Entwässerungsanlagen für die Ortsentwässerung die Sammelleitungen mit Gefälleabschnitten verlegt, in denen das Abwasser durch Schwerkraft in Richtung zur Unterdruckquelle hin fließt. Wesentlich für die Erfindung ist jedoch, daß zwischen der Unterdruckquelle und den einzelnen Absaugventilen eine kontinuierlich offene, durch keine Wassersäulen unterschiedlicher Längen unterbrochene Verbindung besteht, so daß auch die nahe dem äußeren Ende der Sammelleitung angeordneten Absaugventile unmittelbar über einen Leerraum und ohne Unterbrechung durch träge Wasserpfropfen und Wassersäulen mit dem Vakuum der Unterdruckquelle beaufschlagt sind.
In der GB-A-2 017 188 (entspricht dem Oberbegriff des Anspruchs 1) ist zwar eine Vakuum-Entwässerungsanlage beschrieben, bei der eine in ebenem Gelände verlegte Sammelleitung derart mit ansteigenden und abfallenden Leitungsabschnitten verlegt ist, daß das darin stehende Wasser keine den Querschnitt verschließenden Pfropfen bildet. Damit soll ebenfalls erreicht werden, daß über die Länge der Sammelleitung ein ununterbrochener Freiraum über dem Wasser vorhanden ist, über den der Systemunterdruck unvermindert auch an die weiter von der Unterdruckquelle entfernten Anschlußleitungen gelangt. Die Sammelleitung dieser bekannten Entwässerungsanlage ist jedoch als Vakuum-Förderleitung mit einem entsprechend kleinen inneren Querschnitt von etwa 8 - 15 cm Durchmesser ausgelegt, in der die Förderung des Wassers durch beim Öffnen eines Anschlusses stoßartig eintretende Luft erfolgt. Der Vorteil der besseren Vakuumverteilung über den freien Leitungsquerschnitt muß dabei mit dem Nachteil des unwirtschaftlichen Wassertransport erkauft werden, weil die Luftstöße durch den freien Leitungsquerschnitt hindurchströmen können, ohne Wasser vor sich her zu schieben. Es muß jeweils erst durch einen Luftstoß eine ausreichend große Welle gebildet werden, die den Leitungsquerschnitt verschließt, bevor die Luft den so gebildeten Pfropfen vorantreiben kann. In dieser Phase fällt dann aber auch das Vakuum an den weiter von der Unterdruckquelle entfernten Anschlüssen stark ab, zumal wegen des für die Luftförderung notwendigen kleinen Leitungsquerschnitts das Volumen der Sammelleitung insgesamt kein großes Vakuumreservoir bildet und bei jedem Öffnungsvorgang eines Anschlusses ein verhältnismäßig großes Luftvolumen eingelassen werden muß.
Im Gegensatz zu bekannten Vakuum-Entwässerungsanlagen bleibt es bei einer erfindungsgemäßen Anlage selbst dann, wenn über eine Anschlußleitung das verhältnismäßig große Volumen von z. B. fünfhundert bis tausend Liter Abwasser innerhalb von etwa zwei bis drei Minuten aus einem Eisenbahnwagen abgesaugt wird, ohne Einfluß auf die Funktionsfähigkeit der weiter entfernt von der Unterdruckquelle angeordneten Absaugventile. In der verhältnismäßig kleinen Sammelleitung einer Vakuum-Entwässerungsanlage für die Ortsentwässerung würde das große, in einem Zuge in die Sammelleitung eingelassene Abwasservolumen dort eine lange, träge Wassersäule bilden, hinter der durch nachströmende Luft der Unterdruck bis auf Null zusammenbrechen kann, wodurch die Funktion sämtlicher hinter der langen Wassersäule angeordneter Anschlüsse beeinträchtigt würde. Demgegenüber füllt sich nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag die Sammelleitung nur teilweise, vorzugsweise etwa bis zur halben Höhe ihres inneren Querschnitts, und es wird durch das ununterbrochene Gefälle auch die Pfropfenbildung im weiteren Verlauf der Sammelleitung vermieden, so daß über ihre gesamte Länge, unabhängig von der momentanen Belastung, im wesentlichen derselbe Unterdruck herrscht.
Während bei einer herkömmlichen Vakuumleitung die Druckverluste mit der Länge zunehmen, weil in regelmäßigen Abständen Taschen oder Senken zur Pfropfenbildung vorhanden sind, und sich ein zu groß bemessener Leitungsquerschnitt für die Förderung in Form von Pfropfen nachteilig auswirkt, gilt für eine Entwässerungsanlage gemäß der Erfindung mit einer Sammelleitung, deren oberer Querschnittsbereich vom Abwasser durchgehend frei bleibt, das Gegenteil. Je größer nämlich der freie Raum in der Sammelleitung ist, desto größer ist auch zusammen mit dem Hohlraum der Vakuumquelle das jederzeit zur Verfügung stehende Vakuumreservoir. Ein nach Volumen großes Vakuumreservoir bietet den Vorteil, daß beim Öffnen eines Absaugventils durch das einströmende Wasser und die nachströmende Luft nur verhältnismäßig geringe Druckschwankungen verursacht werden. Vorzugsweise hat deshalb die Sammelleitung eine Länge von mehreren hundert Meter und einen Innendurchmesser von mindestens ca. 125 mm.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Vakuum-Entwässerungsanlage eines Wartungsbahnhofs zur Entsorgung der Abwasserbehälter von Eisenbahnwagen;
Fig. 2: einen Teillängsschnitt durch eine Sammelleitung der Entwässerungsanlage nach Fig. 1.

Die dargestellte Vakuum-Entwässerungsanlage besteht aus einem zentralen Sammelraum 10, der mittels einer Vakuumpumpe 12 ständig auf einem Unterdruck von etwa 5 bis 7 m Wassersäule gehalten wird und als Unterdruckquelle dient. An den Sammelraum 10 sind oberhalb des Wasserspiegels zwei Sammelleitungen 14 und 16 angeschlossen, die im Boden mit Gefälle von mindestens 4 bis 6 Promille zum Sammelraum 10 hin verlegt sind und sich nach entgegengesetzten Seiten längs des Bahnsteigs eines Wartungsbahnhofs erstrecken. Die Sammelleitungen 14 und 16 bestehen aus druckdicht verbundenen Kunststoffrohren mit einem Innendurchmesser von z. B. etwa 150 mm. Dieser kann aber, je nach Anwendungsfall, am äußeren Ende einer Sammelleitung auch etwas kleiner sein, z. B. etwa 125 mm oder gef. auch nur 90 mm betragen, und zum Sammelraum 10 hin größere Durchmesserwerte von z. B. 250 mm und mehr erreichen, wobei die Auslegung in jedem Längenabschnitt einer Sammelleitung im Beispielsfall so gewählt ist, daß bei Spitzenbelastung die sich rechnerisch aus der Fördermenge pro Zeiteinheit und dem Leitungsquerschnitt ergebende Füllstandshöhe nur etwa bis zur Mitte des Rohres reicht, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wo die Mittellängsachse der Sammelleitung 14 mit 18 und der Wasserspiegel mit 20 bezeichnet sind.
In den oberen, freien Bereich der Sammelleitung 14, 16 münden, über ihre Länge verteilt, jeweils mehrere Anschlußleitungen 22, die einen wesentlich kleineren Querschnitt als die Sammelleitungen haben, so daß auch ein großes, in einem Zuge über eine Anschlußleitung 22 abgesaugtes Abwasservolumen trotz der langsameren Fließgeschwindigkeit in der Sammelleitung 14 bzw. 16 deren Querschnitt nicht ausfüllt. Die Anschlußleitungen 22 enthalten jeweils ein Absaugventil 24, wie es in der EP 0 341 595 B1 mitsamt seiner Steuereinrichtung im Detail beschrieben ist. Das Absaugventil 24 wird nach dem Ankuppeln der Anschlußleitung des Abwasserbehälters eines Eisenbahnwagens geöffnet und durch die genannte pneumatische Steuereinrichtung selbsttätig wieder geschlossen, nachdem der Abwasserbehälter des Eisenbahnwagens leergesaugt worden ist und nur noch Luft nachströmt. Da sämtliche Anschlußleitungen 22 über den oberen, vom Abwasser freien Hohlraum der Sammelleitungen 14 und 16 an die Unterdruckquelle 10, 12 angeschlossen sind, ist gewährleistet, daß während der gesamten Dauer eines Absaugvorgangs über eine beliebige Anschlußleitung 22 der System-Unterdruck an deren Anschlußstelle nicht zusammenbricht, wodurch ein zu frühes Schließen des Absaugventils 24 vermieden wird.

Claims

Mit Unterdruck betriebene Entwässerungsanlage, bestehend aus einer Unterdruckquelle (10, 12), wenigstens einer daran angeschlossenen, im oder am Boden verlegten Sammelleitung und mehreren mit Zwischenabstand mit dieser verbundenen, durch unabhängig von einander betätigbare Absaugventile absperrbaren Anschlußleitungen (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (14, 16) zwischen den Anschlußleitungen (22) und der Unterdruckquelle (10, 12) bei im wesentlichen horizontalem Boden über eine Länge von wenigstens etwa 100 m durchgehend mit Gefälle verlegt und so groß bemessen ist, daß ihr innerer Querschnitt größer ist als der innere Querschnitt der Anschlußleitungen (22) und auch bei vorausberechneter maximaler Belastung teilweise frei bleibt.
Entwässerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Sammelleitung (14, 16) mehr als 200 m, vorzugsweise mehr als 400 m beträgt.
Entwässerungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (14, 16) auch zwischen der in Fließrichtung von ihrem äußeren Ende aus gesehen zweiten und dritten Anschlußleitung (22) einen Innendurchmesser von wenigstens etwa 125 mm hat.
Entwässerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (14, 16) mit einem Gefälle von mindestens 4 bis 6 Promille verlegt ist.
Entwässerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Querschnitt der Sammelleitung (14, 16) so bemessen ist, daß er bei maximaler Belastung höchstens etwa zu 75 %, vorzugsweise etwa 50 % gefüllt ist.
Entwässerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließbewegung der Absaugventile (24) in Abhängigkeit vom Druck in der Anschlußleitung (22) gesteuert ist.
Entwässerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Anschlußleitung (22) eine Steigleitung von mehr als 10 m Höhe aufweist.