EP3805474B1

EP3805474B1 - Wirbeldrosselvorrichtung

Info

Publication number: EP3805474B1
Application number: EP20212144.8A
Authority: EP
Inventors: Michael Schütz; Josef Gebhard Pankraz Weiß
Original assignee: Fraenkische Rohrwerke Gebr Kirchner GmbH and Co KG
Current assignee: Fraenkische Rohrwerke Gebr Kirchner GmbH and Co KG
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2024-02-07
Anticipated expiration: 2035-11-02
Also published as: EP3215685B1; EP3215685A1; AU2015341983A1; DK3215685T3; DE202015009773U1; DE102014222520A1; EP3805474A1; WO2016071272A1; AU2015341983B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbeldrosselvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine der Hauptaufgaben von Regenwasserbewirtschaftungsanlagen besteht darin, das bei Regenereignissen anfallende Wasser nur nach und nach in die Kanalisation bzw. die umliegenden Gewässer abzugeben. Dies dient vor allem dem Schutz vor Überlastungen. Bei Gewässern dient es insbesondere dem Hochwasserschutz und der Gewässerökologie. Ein wichtiges Bauelement von Regenwasserbewirtschaftungsanlagen ist daher die Abflussdrossel.
Aus der Produktinformation "Rigolen-Wirbeldrossel - UFT-FluidVortex-R" der Umwelt- und Fluid-Technik Dr. H. Brombach GmbH ist eine gattungsgemäße Wirbeldrosselvorrichtung bekannt. Sie umfasst einen begehbaren Schacht, in dem ein nach oben offener, rohrförmiger Topf mit Abstand oberhalb des Schachtbodens angeordnet ist. Im Boden dieses Topfes ist eine Blendenöffnung vorgesehen. Der Flüssigkeitszulauf mündet tangential in den die Wirbelkammer bildenden Innenraum des Topfs. Aufgrund des tangentialen Flüssigkeitszulaufs bildet sich in der Wirbelkammer eine Wirbelströmung aus. Das Wasser verlässt die Wirbelkammer als Hohlstrahl durch die Blendenöffnung und trifft auf den Boden des begehbaren Schachts. Der dem Schachtboden benachbarte Höhenabschnitt des begehbaren Schachts bildet daher die Toskammer der bekannten Wirbeldrosselvorrichtung. Unmittelbar oberhalb des Schachtbodens geht von dem begehbaren Schacht der Flüssigkeitsablauf aus.
Obgleich die bekannte Wirbeldrosselvorrichtung die ihr zugedachte Funktion ohne Weiteres erfüllt, verfügt sie doch über einen komplexen Aufbau.
Aus der gattungsbildenden DE 26 43 029 A1 ist eine Wirbeldrosselvorrichtung bekannt, welche eine Wirbelkammer und eine Toskammer aufweist, wobei die Wirbelkammer und die Toskammer durch eine eine Blendenöffnung aufweisende Trennwand unterteilt sind.
Ferner sei auf den Artikel "Drosselstrecken und Wirbeldrosseln an Regenbecken" von Hansjörg Brombach und die Dokumente DE 37 42 421 A1 und DE 43 32 404 A1 hingewiesen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau der Wirbeldrosselvorrichtung dahingehend zu vereinfachen, dass sie einfach an die Einbausituation angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wirbeldrosselvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Flüssigkeitszulauf nicht notwendigerweise exakt tangential zu erfolgen braucht, um in der Wirbelkammer die Bildung einer Wirbelströmung anzuregen. Vielmehr genügt es, dass der Flüssigkeitszulauf derart orientiert ist, dass die in die Wirbelkammer einströmende Flüssigkeit eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente aufweist, wobei ihre tangentiale Geschwindigkeitskomponente vorzugsweise größer ist als ihre radiale Geschwindigkeitskomponente. Gleichwohl wird die Bildung einer Wirbelströmung dann am stärksten angeregt, wenn der Flüssigkeitszulauf im Wesentlichen tangential in die Wirbelkammer einmündet.
Auch bei der erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichtung verlässt das Wasser die Wirbelkammer durch die Blendenöffnung als Hohlstrahl, d.h. im Zentrum des Strahl reicht der luftgefüllte Wirbelkern bis durch die Blendenöffnung hindurch. Hierdurch wird die für den Durchtritt von Wasser genutzte Querschnittsfläche der Blendenöffnung eingeschränkt und die Drosselwirkung der Blendenöffnung verstärkt.
Ferner kann die Ausbildung der Wirbelströmung dadurch begünstigt werden, dass die Wirbelkammer eine im Wesentlichen achsrotationssymmetrische Grundgestalt aufweist, wobei die Rotationsachse in der Betriebsorientierung der Wirbeldrosselvorrichtung vorteilhafterweise parallel zur Richtung der Erdanziehungskraft verläuft. Durch den Wortbestandteil "Grund" in dem Wort "Grundgestalt" soll darauf hingewiesen werden, dass die Wirbelkammer beispielsweise aufgrund der Einmündung des Flüssigkeitszulaufs nicht perfekt achsrotationssymmetrisch ausgebildet sein kann. Ebenso kann auch eine nicht achsrotationssymmetrische Wirbelkammer verwendet werden, zum Beispiel mit einer im Wesentlichen quadratischen Grundgestalt.
Der Flüssigkeitsablauf kann in einer beliebigen Richtung aus der Toskammer herausführen. Er kann also auch aus dem Boden der Toskammer herausführen. Bevorzugt führt er jedoch in der Betriebsorientierung der Wirbeldrosselvorrichtung im Wesentlichen horizontal aus der Toskammer heraus, wobei es aber nicht darauf ankommt, ob er tangential oder nicht tangential aus der Toskammer herausführt.
Um die erfindungsgemäße Wirbeldrosselvorrichtung in einfacher Weise an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen zu können, wird vorgeschlagen, dass die die Blendenöffnung aufweisende Trennwand lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Auf diese Weise kann die Wirbeldrosselvorrichtung zur Erzielung einer für den jeweiligen Anwendungsfall gewünschten Abflusscharakteristik, d.h. Abflussmenge pro Zeiteinheit in Abhängigkeit der zulaufseitigen Stauhöhe, mit einer hierfür geeigneten Blendenöffnung bestückt werden. Sollten sich später die Randbedingungen ändern und beispielsweise eine Verringerung des Zuflusses erfordern, etwa weil weitere Abwasserzuflüsse an die betrachtete Kanalisation bzw. das betrachtete Gewässer angeschlossen worden sind bzw. werden sollen, so kann die in der Wirbeldrosselvorrichtung vorhandene Trennwand aus der Wirbeldrosselvorrichtung entfernt und durch eine Trennwand mit einer kleineren Blendenöffnung ersetzt werden.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass eine dauerhafte Verbindung von Trennwand und Gehäuse ebenfalls denkbar, wenn auch nicht bevorzugt ist.
Die lösbare Verbindung der Trennwand mit dem Gehäuse kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Gehäuse unlösbar mit einem von der inneren Oberfläche der Gehäusewand abstehenden Auflagering verbunden ist, der seinerseits mit der Trennwand lösbar verbunden ist. Der Auflagering kann mit dem Gehäuse beispielsweise verschweißt oder verklebt oder von diesem formschlüssig gehalten sein.
Ist das Gehäuse oder zumindest der mit dem Auflagering zu verbindende Teil des Gehäuses aus Kunststoff gefertigt, so kann der Auflagering zur Realisierung des formschlüssigen Halts gleich nach der Fertigung in das noch "heiße" Kunststoffmaterial eingeschrumpft werden. Um ein Herausrutschen des Auflagerings bei Temperaturschwankungen verhindern zu können, kann bzw. können am Gehäuse in der Betriebsorientierung über dem Auflagering eine Verjüngung und/oder unter dem Auflagering eine Umfangswulst vorgesehen sein.
Die lösbare Verbindung von Trennwand und Auflagering kann beispielsweise durch eine Art Bajonettverschluss zwischen Trennwand und Auflagering realisiert sein. Es ist jedoch auch denkbar, die Trennwand magnetisch am Auflagering zu halten. Beispielsweise kann das eine Teil, Auflagering oder Trennwand, oder zumindest ein Abschnitt dieses Teils oder ein an diesem Teil gehaltertes Element aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sein, während das jeweils andere Teil, Trennwand oder Auflagering, mit wenigstens einem Haltemagneten versehen ist.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Verbindung zwischen der Trennwand und dem Auflagering nicht notwendigerweise fluiddicht ausgebildet zu sein braucht. Es genügt, wenn sichergestellt ist, dass die Leckage zwischen Wirbelkammer und Toskammer die Ausbildung der Wirbelströmung in der Wirbelkammer und die Drosselwirkung durch die Blendenöffnung nicht beeinträchtigt.
Vorteilhafterweise kann der Auflagering eine Ausrichtungsfläche aufweisen, und kann die Trennwand eine Gegenausrichtungsfläche aufweisen, wobei die Ausrichtungsfläche und die Gegenausrichtungsfläche miteinander im Sinne einer Ausrichtung der Trennwand relativ zum Auflagering und somit zur Wirbelkammer in in der Betriebsorientierung der Wirbeldrosselvorrichtung horizontal verlaufender Richtung zusammenwirken.
Die Trennwand kann als im Wesentlichen ebene Platte mit einer kreisrunden Blendenöffnung ausgebildet sein. Es ist aber ebenfalls möglich, dass die Trennwand die Form eines mehr oder weniger flachen Trichters oder einer flachen Schale aufweist.
Der Austausch der Trennwand kann vorteilhafterweise unter Einsatz eines geeigneten Werkzeugs vom oberen Rand der Wirbelkammer her erfolgen. Das Werkzeug kann dabei beispielsweise derart ausgebildet sein, dass es die Trennwand nach Durchtritt durch die Blendenöffnung hintergreifen kann oder nach Einführen in die Blendenöffnung mit deren Rand in Halteeingriff gebracht werden kann. Ebenso kann die Reinigung der Wirbeldrosselvorrichtung, insbesondere der Blendenöffnung, vom oberen Rand der Wirbelkammer her erfolgen. Es ist daher nicht erforderlich, die Wirbelkammer als begehbaren Schacht auszubilden.
Zur weiteren Vereinfachung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichtung wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse eine erste Gehäuseeinheit umfasst, die die die Toskammer umgrenzende Wandung, die die Blendenöffnung aufweisende Trennwand oder den Auflagering und denjenigen Wandungsabschnitt der die Wirbelkammer umgrenzenden Wandung aufweist, in welchen der Flüssigkeitszulauf einmündet, sowie eine zweite Gehäuseeinheit, welche mit der ersten Gehäuseeinheit flüssigkeitsdicht verbindbar ist. Die erste Gehäuseeinheit bildet dabei das eigentliche Funktionsteil, da es sämtliche für die Wirbeldrosselfunktion erforderlichen Komponenten umfasst, während die zweite Gehäuseeinheit lediglich die Funktion hat, die für die zulaufseitig vorgesehene maximale Stauhöhe erforderliche Höhe der Wirbelkammer bereitzustellen. Es ist daher möglich, unter Verwendung ein und derselben ersten Gehäuseeinheit unterschiedliche Einbautiefen zu verwirklichen, beispielsweise eine Einbautiefe von 6 m oder mehr. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die zweite Gehäuseeinheit rohrförmig ausgebildet ist. Man braucht in diesem Fall nämlich ein überlanges Rohr nur in der für die jeweilige Einbautiefe erforderlichen Länge abzulängen. Zur Verbindung mit der zweiten Gehäuseeinheit kann die erste Gehäuseeinheit in diesem Fall mit einer Rohrmuffe ausgebildet sein, in welche die rohrförmig ausgebildete zweite Gehäuseeinheit zur dichtenden Verbindung in einfacher Weise eingesteckt werden kann.
Die erste Gehäuseeinheit kann ferner einen zur Verbindung mit einer Flüssigkeitszulaufleitung dienenden Anschlussstutzen oder/und einen zur Verbindung mit einer Flüssigkeitsablaufleitung dienenden Anschlussstutzen aufweisen, wobei sie mit diesem bzw. diesen Anschlussstutzen vorzugsweise einstückig ausgebildet sein kann.
Die erste Gehäuseeinheit kann, gegebenenfalls mit Ausnahme der Trennwand bzw. des Auflagerings, als, vorzugsweise im Rotationsguss- oder Spritzgussverfahren hergestelltes, Kunststoffteil, aus beispielsweise HDPE oder PP, ausgebildet sein. Die zweite Gehäuseeinheit kann als doppelwandiges Kunststoffrohr ausgebildet sein, dessen Außenrohr als Wellrohr und dessen Innenrohr als Glattrohr ausgebildet sind.
Im Hinblick auf den Halt der Trennwand ist es ferner denkbar, dass die erste Gehäuseeinheit ein Unterteil aufweist, das die die Toskammer umgrenzende Wandung umfasst, sowie ein Oberteil, das denjenigen Wandungsabschnitt der die Wirbelkammer umgrenzenden Wandung umfasst, in welchen der Flüssigkeitszulauf einmündet, wobei die Trennwand oder der Auflagering zwischen dem Oberteil und dem Unterteil gehalten ist.
Grundsätzlich kann diese Art des Halts der Trennwand bzw. des Auflagerings auch dann verwirklicht werden, wenn die Wirbeldrosselvorrichtung das Konstruktionsprinzip der Trennung in ein erstes Gehäuseteil, das alle Funktionskomponenten umfasst, und ein zweites Gehäuseteil, das lediglich der Bereitstellung der jeweils erforderlichen Bauhöhe dient, nicht verwirklicht wird, nämlich dadurch, dass das Gehäuse ein Unterteil aufweist, das die die Toskammer umgrenzende Wandung umfasst, sowie ein Oberteil, das die die Wirbelkammer umgrenzende Wandung umfasst, wobei die die Blendenöffnung aufweisende Trennwand oder der Auflagering zwischen dem Oberteil und dem Unterteil gehalten ist. In diesem Fall kann das Oberteil rohrförmig ausgebildet sein, beispielsweise als doppelwandiges Kunststoffrohr, insbesondere mit einem äußeren Wellrohr und einem inneren Glattrohr, und mit dem Flüssigkeitszulauf versehen sein.
Zur Verbesserung der Ausbildung der Wirbelströmung in der Wirbelkammer ist es vorteilhaft, dass in der Betriebsorientierung der Wirbeldrosselvorrichtung die Höhenposition des unteren Rands des Flüssigkeitszulaufs von der Höhenposition der oberen Fläche der Trennwand einen Abstand von höchstens 100 mm, vorzugsweise höchstens 50 mm, besonders bevorzugt höchstens 20 mm aufweist, wobei der untere Rand des Flüssigkeitszulaufs noch bevorzugter auf Höhe der oberen Fläche der Trennwand angeordnet ist.
Zur Verbesserung der Ausbildung der Wirbelströmung in der Wirbelkammer ist es ferner vorteilhaft, dass der Flüssigkeitszulauf vor seiner Einmündung in die Wirbelkammer über eine vorbestimmte Distanz geradlinig verläuft, wobei die vorbestimmte Distanz vorzugsweise mindestens 80 cm, noch bevorzugter mindestens 100 cm beträgt.
Schließlich kann es zur Verbesserung der Ausbildung der Wirbelströmung in der Wirbelkammer auch noch vorteilhaft sein, dass die Wirbelkammer, vorzugsweise an ihrem in Betriebsorientierung oberen Ende, eine Wirbelkernbelüftungsöffnung aufweist. In der überwiegenden Mehrzahl der Anwendungsfälle ist zwar keine solche zusätzliche Belüftung der Wirbelkammer erforderlich, da der Wirbelkammerdeckel keinen dichten Abschluss zur Oberfläche bildet. In speziellen Anwendungsfällen kann die vorstehende Ausbildung gleichwohl vorteilhaft sein. Die zusätzliche Belüftung könnte beispielsweise über ein Rohr zur Erdoberfläche hin erfolgen oder über einen Leitungsschluss zwischen der Wirbelkammer und dem Flüssigkeitsablauf.
Damit sich die vorstehend beschriebene, durch das Zusammenwirken der Wirbelströmung mit der Blendenöffnung hervorgerufene Drosselwirkung ordnungsgemäß einstellen kann, ist ein freier Abfluss durch den Flüssigkeitsablauf erforderlich. Dieser wird erfindungsgemäß dadurch sichergestellt, dass die Querschnittsfläche des Flüssigkeitsablaufs größer ist als die Querschnittsfläche des Flüssigkeitszulaufs, wobei vorzugsweise das Verhältnis der Querschnittsfläche des Flüssigkeitsablaufs zur Querschnittsfläche des Flüssigkeitszulaufs mindestens 1,2 beträgt, noch bevorzugter wenigstens 1,5. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, unter der Blendenöffnung am Übergang zum Flüssigskeitsablauf oder im Flüssigskeitsablauf einen separaten Lüftungsanschluss vorzusehen.
Um ausreichend Bauhöhe für die Ausbildung der Wirbelströmung in der Wirbelkammer bereitstellen zu können, ist erfindungsgemäß die Höhe der Wirbelkammer mindestens gleich, vorzugsweise mindestens gleich dem Doppelten, der Quadratwurzel ihrer auf Höhe der Trennwand genommenen und in der betriebsbereiten Stellung orthogonal zur Richtung der Erdanziehungskraft verlaufenden, mit dem Faktor 4/π multiplizierten Querschnittsfläche ist. Weist die Wirbelkammer einen kreisscheibenförmigen Querschnitt auf, so ist dieser Wert gleich dem Durchmesser der Querschnittsfläche. Für den Fall anders geformter Querschnittsflächen ergibt sich hingegen ein durch die genannte Berechnungsregel definierter "effektiver Durchmesser", der mit der Höhe der Wirbelkammer zu vergleichen ist.
Um die Drosselwirkung der Wirbeldrosselvorrichtung auf eine für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Charakteristik, d.h. Abflussmenge pro Zeiteinheit in Abhängigekeit von der zulaufseitigen Stauhöhe, einstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Quadratwurzel des Verhältnisses der Öffnungsfläche der Blendenöffnung zu der auf Höhe der Trennwand genommenen und in der betriebsbereiten Stellung orthogonal zur Richtung der Erdanziehungskraft verlaufenden Querschnittsfläche der Wirbelkammer zwischen etwa 0,02 und etwa 0,65 beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 0,08 und etwa 0,53.
Um für den Fall von Starkregenereignissen eine Notüberlauffunktion bereitstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass in einem vorbestimmten Abstand oberhalb der Trennwand eine Notüberlaufleitung in die Wirbelkammer einmündet.
Dabei ist es zum einen möglich, dass diese Notüberlaufleitung mit dem Flüssigkeitsablauf verbunden ist und so eine die Blendenöffnung umgehende Bypass-Leitung bildet. Hierdurch kann dann, wenn die obere Kante der Wirbelströmung eine dem vorbestimmten Abstand entsprechende Höhe überschreitet, Wasser in die Notüberlaufleitung eintreten und unter Umgehung der Blendenöffnung zum Flüssigkeitsablauf gelangen.
Zum anderen ist es aber auch möglich, dass die Notüberlaufleitung mit einem der Wirbeldrosselvorrichtung vorgeordneten Speichervolumen in Fluidüberleitungsverbindung steht. Hierdurch kann dann, wenn der Pegel in dem Speichervolumen eine dem vorbestimmten Abstand entsprechende Höhe überschreitet, Wasser derart in die Wirbelkammer eingeleitet werden, dass es die Wirbelströmung zum Erliegen bringt. In diesem Fall kann dann das Wasser durch die gesamte Öffnungsfläche der Blendenöffnung hindurchtreten, was eine erheblich geringere Drosselwirkung und somit ein schnelleres Ablaufen des Wassers zur Folge hat. Sobald, der Pegel in dem Speichervolumen wieder unter die dem vorbestimmten Abstand entsprechende Höhe abgesunken ist, tritt Wasser aus dem Speichervolumen wieder nur durch den Flüssigkeitszulauf in die Wirbelkammer ein, so dass die Wirbelströmung wieder in Gang gesetzt wird. Das Umschalten zwischen dem Wirbeldrosselbetrieb und dem Notüberlaufbetrieb und wieder zurück zum Wirbeldrosselbetrieb erfolgt somit vollkommen selbsttätig.
Die Erfindung betrifft ferner eine Kombination einer erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichtung mit einem vorgeordneten Speichervolumen, welches mit der Wirbeldrosselvorrichtung über den Flüssigkeitszulauf in Flüssigkeitsüberleitungsverbindung steht. Dabei kann das Speichervolumen als offener Teich, als Rückhaltekanal, als offenes oder geschlossenes Betonbecken oder auch als unterirdische Rigole ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall kann die Rigole aus einer Mehrzahl von Rigolenelementen zusammengesetzt sein, wie sie beispielsweise aus der EP 1 260 640 A1 oder der DE 10 2011 086 016 A1 der Anmelderin bekannt sind.
Die Erfindung wird im Folgenden an Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichtung in Kombination mit einem vorgeordneten Speichervolumen;
Figur 2: eine Seitenquerschnittsansicht einer ersten Gehäuseeinheit der ersten Ausführungsform der Wirbeldrosselvorrichtung aus Figur 1 ;
Figur 3: eine Draufsicht der ersten Gehäuseeinheit aus Figur 2;
Figur 4: eine vergrößerte Ansicht des Details IV aus Figur 2, welche eine erste Ausführungsvariante einer Trennwand-Auflagering-Verbindung zeigt;
Figur 5: eine Ansicht analog Figur 4, welche eine zweite Ausführungsvariante einer Trennwand-Auflagering-Verbindung zeigt;
Figur 6: eine weitere Ansicht analog Figur 4, welche eine dritte Ausführungsvariante einer Trennwand-Auflagering-Verbindung zeigt;
Figur 7a: eine Draufsicht und
Figur 7b: eine Seitenquerschnittsansicht einer vierten Ausführungsvariante einer Trennwand-Auflagering-Verbindung;
Figur 8: eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichtung; und
Figur 9: eine perspektivische Ansicht einer dritten, nicht erfindungsgemäßen, Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichtung;

Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichtung 10 in einer schematischen Gesamtansicht. In dieser Ausführungsform umfasst die Wirbeldrosselvorrichtung 10 ein Gehäuse 20 mit einer ersten Gehäuseeinheit 22 und einer zweiten Gehäuseeinheit 24.
Wie man besser aus Figur 2 ersieht, ist im Innenraum der ersten Gehäuseeinheit 22 eine Trennwand 30 mit einer Blendenöffnung 32 angeordnet. Die Trennwand 30 unterteilt den Innenraum der ersten Gehäuseeinheit 22 in eine Toskammer 40 und eine Wirbelkammer 50. In der Betriebsorientierung der Wirbeldrosselvorrichtung 10 ist die Wirbelkammer 50 oberhalb der Trennwand 30 angeordnet, während die Toskammer 40 unterhalb der Trennwand 30 angeordnet ist. An die Wirbelkammer 50 ist ein Flüssigkeitszulauf 80 angeschlossen, und an die Toskammer 40 schließt sich ein Flüssigkeitsablauf 85 an, welcher zum Beispiel zu einer Kanalisation oder zu einem Gewässer (beides nicht dargestellt) führt.
Der Flüssigkeitszulauf 80 ist derart mit der ersten Gehäuseeinheit 22 verbunden, dass einströmendes Wasser im Wesentlichen tangential in die Wirbelkammer 50 einströmt (siehe Figur 3). Aufgrund des im Wesentlichen tangentialen Einströmens des Wassers bildet sich in der Wirbelkammer 50 eine Wirbelströmung aus. In Figur 1 ist die Oberfläche des sich aufgrund dieser Wirbelströmung ausbildenden Wirbels 34 gestrichelt angedeutet. Da sich der Luftkern 36 dieses Wirbels 34 bis in die Blendenöffnung 32 der Trennwand 30 hinein fortsetzt, verringert die vom Luftkern 36 eingenommene Querschnittsfläche den für den Durchtritt von Wasser zur Verfügung stehenden Querschnitt der Blendenöffnung 32, was die Drosselwirkung der Blendenöffnung 32 erhöht.
Anzumerken ist ferner, dass die Einströmrichtung des Wassers aus dem Flüssigkeitszulauf 80 in die Wirbelkammer 50 im Wesentlichen orthogonal zur Mittelachse A der Wirbelkammer 50 verläuft (siehe Figur 1), welche sich im Wesentlichen parallel zur Richtung G der Erdanziehungskraft erstreckt. Vorzugsweise ist die die Wirbelkammer 50 umschließende Wandung des Gehäuses 20 rotationssymmetrisch ausgebildet. Somit stellt die Mittelachse A zugleich die Rotationssymmetrieachse der Wirbelkammer 50 dar.
Die zweite Gehäuseeinheit 24 ist in der dargestellten Ausführungsformen als doppelwandiges Rohr 70 ausgebildet mit einem inneren Glattrohr 71 und einem äußeren Wellrohr 72. Auf diese Weise kann die Verbindung der beiden Gehäuseeinheiten 22 und 24 in einfacher Weise dadurch bereitgestellt werden, dass man das doppelwandige Rohr 70 in eine Rohrmuffe 27 der ersten Gehäuseeinheit 22 einsteckt, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Vorzugsweise weist das innere Glattrohr 71 der zweiten Gehäuseeinheit 24 im Wesentlichen denselben Innendurchmesser auf wie die Wirbelkammer 50 an ihrem Übergang zur zweiten Gehäuseeinheit 24.
Die zweite Gehäuseeinheit 24 verlängert somit die erste Gehäuseeinheit 22 bzw. deren Wirbelkammer 50 von deren Position im Erdreich 90 bis zu einer Geländeoberfläche 92. An einem oberen Rand der zweiten Gehäuseeinheit 24, welcher vorzugsweise ebenerdig mit der Geländeoberfläche 92 abschließt, kann das Rohr 70 durch einen Kanaldeckel 75 bedeckt sein. Sollte der Abschluss des Kanaldeckels 75 mit dem Rohr 70 so dicht sein, dass eine ausreichende Luftzufuhr zu dem Luftkern 36 des Wirbels 34 nicht sichergestellt werden kann, so kann in dem Kanaldeckel 75 eine zusätzliche Belüftungsöffnung 78 vorgesehen sein.
Anzumerken ist noch, dass die Mittelachse A der Wirbelkammer 50 und die Mittelachse des inneren Glattrohrs 71 im Wesentlichen zusammenfallen. Weist das innere Glattrohr 71 einen kreisscheibenförmigen Querschnitt auf, was bevorzugt ist, so kann die Mittelachse A zugleich auch die Rotationssymmetrieachse des inneren Glattrohrs 71 darstellen.
Da die Toskammer 40 sowie der Flüssigkeitsablauf 85 erfindungsgemäß Bestandteil der erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichtung 10 sind, kann auf einen umgebenden, begehbaren Schacht, wie er im Stand der Technik erforderlich war, voll und ganz verzichtet werden, so dass die Wirbeldrosselvorrichtung 10 direkt in das Erdreich 90 eingegraben werden kann, wie es in Figur 1 dargestellt ist.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Trennwand 30 direkt durch das Gehäuse 20 gehaltert ist. Um in dem Gehäuse 20 eine Blendenöffnung 32 mit der für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Öffnungsquerschnitt anordnen zu können, ist es erfindungsgemäß jedoch bevorzugt, wenn die Trennwand 30, wie dies aus den Figuren 1 und 2 und vergrößert in Figur 4 zu ersehen ist, mit einem Auflagering 60 lösbar verbindbar ist, der seinerseits fest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist.
Wie man insbesondere der vergrößerten Darstellung der Figur 4 entnimmt, kann die feste Verbindung des Auflagerings 60 mit der ersten Gehäuseeinheit 22 dadurch bewerkstelligt werden, dass der Auflagering 60 bei der Herstellung der ersten Gehäuseeinheit 22 in diese eingeschrumpft wird. Hierzu bildet man die erste Gehäuseeinheit 22 mit einem Wulst 22a aus, der als Auflagefläche dient, auf welche man den Auflagering 60 unmittelbar nach der Herstellung der ersten Gehäuseeinheit 22 auflegt, d.h. solange der Kunststoff der ersten Gehäuseeinheit 22 noch nicht vollständig ausgekühlt ist. Beim Auskühlen zieht sich der Kunststoff der ersten Gehäuseeinheit 22 etwas zusammen und umschließt den Rand des Auflagerings 60 unter Bildung einer Sicke 22b. Gewünschten- oder erforderlichenfalls kann auch noch eine Kunststoffschweißnaht 22c vorgesehen werden, um den Auflagering 60 an der ersten Gehäuseeinheit 22 zu sichern.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass diese Art der Verbindung des Auflagerings 60 mit der ersten Gehäuseeinheit 22 auch bei den in den Figuren 5, 6 und 7a/7b dargestellten Ausführungsvarianten zum Einsatz kommt.
Bei der Ausführungsvariante der Figur 4 wird die Trennwand 30 magnetisch am Auflagering 60 gehalten. Hierzu ist in der dargestellten Ausführungsvariante an oder in der Trennwand 30 ein Permanentmagnet 31 angeordnet, während am oder im Auflagering 60 eine aus einem magnetisierbaren, vorzugsweise ferromagnetischen, Material gebildete Scheibe 61 angeordnet ist, wobei der Permanentmagnet 31 und die Scheibe 61 an korrespondierenden Stellen angeordnet sind, so dass sie magnetisch miteinander zusammenwirken können. Der magnetische Halt wird zusätzlich durch die Schwerkraft der Trennwand 30 unterstützt. Selbstverständlich könnte der Permanentmagnet auch am Auflagering 60 und die magnetisierbare Scheibe an der Trennwand 30 vorgesehen sein.
Die Ausführungsvariante der Figur 5 unterscheidet sich von jener der Figur 4 lediglich dadurch, dass das aus einem magnetisierbaren, vorzugsweise ferromagnetischen, Material hergestellte Element, das am oder im Auflagering 60' angeordnet ist, nicht als Scheibe, sondern als Winkelelement 61' ausgebildet ist. Demgegenüber ist die Trennwand 30' wie bei der Ausführungsvariante der Figur 4 wiederum mit einem Permanentmagneten 31' bestückt.
Die Ausführungsvariante der Figur 6 unterscheidet sich von jenen der Figuren 4 und 5 lediglich dadurch, dass der gesamte Auflagering 60" aus einem magnetisierbaren, vorzugsweise ferromagnetischen, Material gebildet ist, während die Trennwand 30' wiederum mit einem Permanentmagneten 31' bestückt ist.
Die Figuren 7a und 7b zeigen eine mechanische Ausführungsvariante der Verbindung der Trennwand 30‴ mit dem Auflagering 60'", nämlich unter Verwendung bajonettverschluss-artiger Verbindungsmittel 35 und 65. Insbesondere zeigt Figur 7b die pilzkopf-artige Ausbildung der an der Trennwand 30‴ vorgesehenen Verriegelungszapfen 35, während Figur 7a zeigt, dass der Auflagering 60‴ mit Langlöchern 65 versehen ist, welche an einem Ende jeweils ein Fenster für den Durchtritt eines pilzkopf-artigen Verriegelungszapfens 35 aufweisen und ansonsten für den Halteeingriff mit dem pilzkopf-artigen Verriegelungszapfen 35 nach einer Relativverdrehung von Auflagering 60‴ und Trennwand 30‴ hinterschnitten ausgebildet sind.
In Figur 8 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichutng dargestellt, welche im wesentlichen der Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 und deren Ausführungsvarianten der Figuren 5, 6 und 7a/7b entspricht. Daher werden im Folgenden analoge Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie in diesen Figuren, jedoch vermehrt um die Zahl 100. Darüber hinaus wird die Wirbeldrosselvorrichtung 110 der Figur 8 im Folgenden nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der Wirbeldrosselvorrichtung 10 unterscheidet, auf deren Beschreibung hiermit ansonsten ausdrücklich verwiesen sei.
Die Wirbeldrosselvorrichtung 110 unterscheidet sich von der Wirbeldrosselvorrichtung 10 hauptsächlich durch die Höhe, auf der in der Betriebsorientierung die Trennebene zwischen der unteren Gehäuseeinheit 122 und der oberen Gehäuseeinheit 124 angeordnet ist. Und zwar befindet sich die Trennebene nicht wie bei der Wirbeldrosselvorrichtung 10 oberhalb des Zulaufs 180 (siehe in Figur 8 die gepunktete Linie T), sondern auf Höhe der Trennwand 130 bzw. des Auflagerings 160. Dadurch umschließt die obere Gehäuseeinheit 124 die Wirbelkammer 150 vollständig, während die untere Gehäuseeinheit 122 die Toskammer 140 vollständig umschließt, von der der Ablauf 185 ausgeht. Die Ausführungsform der Figur 8 hat den Vorteil, dass die Trennwand 130 bzw. der Auflagering 160 bei der Herstellung der Wirbeldrosselvorrichtung 110 in einfacher Weise zwischen den beiden Gehäuseeinheiten 122 und 124 eingeklemmt werden kann.
In einer die Vorteile beider Ausführungsformen vereinenden Abwandlung der zweiten Ausführungsform kann die obere Gehäuseeinheit 124 oberhalb des Zulaufs 180, beispielsweise auf Höhe der gepunkteten Linie T, nochmals in zwei Gehäuseuntereinheiten 124a und 124b unterteilt sein. In diesem Fall ist das Gehäuse also dreiteilig ausgebildet.
In Figur 9 ist eine dritte, nicht erfindungsgemäße, Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichtung dargestellt, welche im Wesentlichen den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen entspricht. Daher werden im Folgenden analoge Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei der Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 und deren Ausführungsvarianten der Figuren 5, 6 und 7a/7b, jedoch vermehrt um die Zahl 200, bzw. wie bei der Ausführungform der Figur 8 und deren Abwandlung, jedoch vermehrt um die Zahl 100. Darüber hinaus wird die Wirbeldrosselvorrichtung 210 der Figur 9 im Folgenden nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der Wirbeldrosselvorrichtung 10 bzw. der Wirbeldrosselvorrichtung 110 unterscheidet, auf deren Beschreibung hiermit ansonsten ausdrücklich verwiesen sei.
Die Wirbeldrosselvorrichtung 210 der Figur 9 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen hauptsächlich dadurch, dass die die Blendenöffnung 232 aufweisende Trennwand 230 zur Mittelachse A des Gehäuses 220 der Wirbeldrosselvorrichtung 210 nicht im Wesentlichen orthogonal, sondern schräg angeordnet ist. Dies hat den Vorteil eines geringen Sohlensprungs zwischen dem Zulauf 280 in die Wirbelkammer 250 und dem Ablauf 285 aus der Toskammer 240.
Ferner ist das Gehäuse 220 der Wirbeldrosselvorrichtung 210 in Figur 9 einstückig ausgebildet. Es versteht sich aber von selbst, dass die Schrägstellung der Trennwand 230 auch bei den mit Bezug auf die Figuren 1 und 8 beschriebenen Gehäuseformen und deren Abwandlung vorgesehen werden kann. Auch ist es möglich, die Trennwand 230 mit dem Gehäuse 220 über einen Auflagering (nicht dargestellt) zu verbinden.
Mit Bezug erneut auf Figur 1 kann der erfindungsgemäßen Wirbeldrosselvorrichtung 10 (aber auch den Wirbeldrosselvorrichtungen 110 gemäß Figur 8 und 230 gemäß Figur 9) ein Speichervolumen 82 vorgeordnet sein, das beispielsweise zur Aufnahme von Regenwasser dient. Das Speichervolumen 82 ist über den Flüssigkeitszulauf 80 mit der Wirbelkammer 50 verbunden. Somit dient die Wirbeldrosselvorrichtung 10 dazu, die pro Zeiteinheit durch den Zulauf 80 aus dem Speichervolumen 82 austretende Flüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von der Stauhöhe der Flüssigkeit in dem Speichervolumen 82 zu begrenzen.
In Abhängigkeit des Drucks des in die Wirbelkammer 50 einströmenden Wassers und der Drosselung durch die Blendenöffnung 32 und den Luftkern 36 innerhalb des Wasserwirbels 34, bildet sich der Wirbel 34 in unterschiedlichen Höhen aus. Bei steigendem Zulaufdruck, zum Beispiel auf Grund eines heftigeren Regens, kann der Wirbel 34 entlang des inneren Glattrohrs 71 ansteigen, bis er die Unterkante eines Überlaufrohrs 87 erreicht, welches unmittelbar mit dem Ablauf 85 verbunden ist und somit die Blendenöffnung 32 bypass-artig umgeht. Das in das Überlaufrohr 87 eintretende Wasser fließt über das Überlaufrohr 87 direkt in den Flüssigkeitsablauf 85. Dadurch wird eine Obergrenze für die Höhe des Wasserwirbels vorgegeben, so dass der Wasserwirbel 34 nicht durch den Kanaldeckel 75 an der Geländeoberfläche 92 austreten kann. Über das Überlaufrohr 87 kann auch eine Belüftung der Wirbelkammer 50 erfolgen.
Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Notablauf 89 aus dem Speichervolumen 82 vorgesehen sein, der das Speichervolumen 82 an einer vorbestimmten Höhe mit dem inneren Glattrohr 71 verbindet. Sollte sich Wasser in dem Speichervolumen 82 bis zur Höhe des Notablaufs 89 anstauen, kann es zusätzlich zu dem durch den Flüssigkeitszulauf 80 in die Wirbelkammer 50 einströmenden Wasser, auch über den Notablauf 89 in die Wirbelkammer 50 gelangen. Hierdurch kann der Wirbel 34 geschwächt, wenn nicht gar vollständig zum Erliegen gebracht werden, und dies insbesondere dann, wenn der Notüberlauf ebenfalls im Wesentlichen tangential, aber bezogen auf die Drehrichtung des Wirbels 34 gegensinnig in die Wirbelkammer 50 einmündet. Dies mindert die Drosselwirkung der Wirbeldrosselvorrichtung 10 und sorgt für ein schnelleres Ablaufen des Wassers aus der Speichervorrichtung 82. Ist der Wasserstand in dem Speichervolumen 82 wieder unter die Unterkante des Notüberlaufs 89 abgesunken, tritt das aus dem Speichervolumen 82 kommende Wasser wieder nur über den Zulauf 80 in die Wirbelkammer 50 ein, wobei aufgrund des im Wesentlichen tangentialen Eintritts die Wirbelströmung in der Wirbelkammer 50 wieder "angeworfen" wird, so dass die Wirbeldrosselvorrichtung 10 wieder ihre volle Drosselwirkung entfalten kann. Alternativ ist natürlich auch denkbar, dass der Notüberlauf 89 direkt mit dem Überlaufrohr 87 verbunden ist, so dass Wasser direkt aus der Speichervorrichtung 82 in den Flüssigkeitsablauf 85 abfließen kann, falls das Wasser in der Speichervorrichtung 82 eine entsprechende Stauhöhe erreicht.
Alternativ zu den voran genannten Ausführungsformen, in denen die Wirbeldrosselvorrichtung 10 als eine von der Speichervorrichtung 82 getrennte Vorrichtung beschrieben ist, kann die Wirbeldrosselvorrichtung 10 ebenso in die Speichervorrichtung 82 eingebaut sein. Insbesondere kommt die Verwendung einer Wirbeldrosselvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Rigolenanordnung in Frage, wie sie aus der EP 1 526 223 B1 bekannt ist. In einer solchen Anordnung ist eine Rigole aus einer Mehrzahl von quaderförmigen Rigolenelementen gleicher Außenabmessungen oder ganzzahliger Vielfacher einer vorbestimmten Grundabmessung zusammengesetzt. Weist eine Wirbeldrosselvorrichtung der Erfindung eine Grundfläche auf, die in das Raster dieser Rigolenelemente dieser Rigole passt, das heißt, dass Länge oder/und Breite der Grundfläche gleich der Länge bzw. Breite der Rigolenelmente ist oder ganzzahlige Vielfache davon betragen, so lässt sich die Wirbeldrosselvorrichtung an beliebiger Position in die Rigole integrieren.

Claims

Wirbeldrosselvorrichtung (10) für Regenwasserbewirtschaftungsanlagen, umfassend:
• eine Wirbelkammer (50, 150), in welche ein Flüssigkeitszulauf (80, 180) einmündet, und

• eine Toskammer (40), von der ein Flüssigkeitsablauf (85) ausgeht, wobei die Wirbelkammer (50, 150) und die Toskammer (40) über eine Blendenöffnung (32) miteinander verbunden sind,

wobei ein Innenraum eines Gehäuses (20) der Wirbeldrosselvorrichtung (10) durch eine die Blendenöffnung (32) aufweisende Trennwand (30, 130) in die Wirbelkammer (50, 150) und die Toskammer (40) unterteilt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Wirbelkammer (50, 150) mindestens gleich, vorzugsweise mindestens gleich dem Doppelten, der Quadratwurzel ihrer auf Höhe der Trennwand (30, 130) genommenen und in der betriebsbereiten Stellung orthogonal zur Richtung der Erdanziehungskraft (G) verlaufenden, mit dem Faktor 4/π multiplizierten Querschnittsfläche ist, und

dass die Querschnittsfläche des Flüssigkeitsablaufs (85) größer ist als die Querschnittsfläche des Flüssigkeitszulaufs (80, 180), wobei vorzugsweise das Verhältnis der Querschnittsfläche des Flüssigkeitsablaufs (85) zur Querschnittsfläche des Flüssigkeitszulaufs (80, 180) mindestens 1,2 beträgt, noch bevorzugter wenigstens 1,5.
Wirbeldrosselvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitszulauf (80, 180) derart orientiert ist, dass die bei Gebrauch in die Wirbelkammer (50, 150) einströmende Flüssigkeit eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente aufweist, wobei ihre tangentiale Geschwindigkeitskomponente vorzugsweise größer ist als ihre radiale Geschwindigkeitskomponente.
Wirbeldrosselvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Unterteil (122) aufweist, das eine die Toskammer (140) umgrenzende Wandung umfasst, sowie ein Oberteil (124), das eine die Wirbelkammer (150) umgrenzende Wandung umfasst, wobei die die Blendenöffnung (132) aufweisende Trennwand (130) oder der Auflagering (160) zwischen dem Oberteil (124) und dem Unterteil (122) gehalten ist.
Wirbeldrosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Betriebsorientierung der Wirbeldrosselvorrichtung (10) die Höhenposition eines unteren Rands des Flüssigkeitszulaufs (80, 180) von der Höhenposition einer oberen Fläche der Trennwand (30, 130) einen Abstand von höchstens 50 mm, vorzugsweise höchstens 20 mm aufweist, wobei der untere Rand des Flüssigkeitszulaufs (80, 180) noch bevorzugter auf Höhe der oberen Fläche der Trennwand (30, 130) angeordnet ist.
Wirbeldrosselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelkammer (50, 150), vorzugsweise an ihrem in Betriebsorientierung oberen Ende, eine Wirbelkernbelüftungsöffnung (78) aufweist.
Wirbeldrosselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quadratwurzel des Verhältnisses der Öffnungsfläche der Blendenöffnung (32) zu der auf Höhe der Trennwand (30, 130) genommenen und in der betriebsbereiten Stellung orthogonal zur Richtung der Erdanziehungskraft (G) verlaufenden Querschnittsfläche der Wirbelkammer (50, 150) zwischen etwa 0,02 und etwa 0,65 beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 0,08 und etwa 0,53.
Wirbeldrosselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorbestimmten Abstand oberhalb der Trennwand (30, 130) eine Notüberlaufleitung (87 und/oder 89) in die Wirbelkammer (50, 150) einmündet.
Kombination einer Wirbeldrosselvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem vorgeordneten Speichervolumen (82), welches mit der Wirbeldrosselvorrichtung (10) über den Flüssigkeitszulauf (80, 180) in Flüssigkeitsüberleitungsverbindung steht.