[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Unterdruck-Abwasseranlage
mit wenigstens einer an eine Vakuumstation angeschlossenen Unterdruck-Abwasserleitung
und einer Vielzahl daran jeweils über ein Absperrventil anschließbarer Abwasser-Sammelbehälter
auf den zu entwässernden Grundstücken, wobei jedes Absperrventil bei einem bestimmten
maximalen Wasserstand im Sammelbehälter geöffnet und nach einer bestimmten Zeitdauer,
während der Abwasser und Luft in die Abwasserleitung einströmen, wieder geschlossen
wird, sowie nach diesem Verfahren betriebene Unterdruck-Abwasseranlagen, wie sie z.
B. in der DE-PS 24 62 295 und der DE-GM 85 24 447 beschrieben sind.
[0002] Bei den bekannten Anlagen öffnen die Absperrventile unabhängig vom schwankenden Unterdruck
stets bei demselben Wasserstand im Sammelbehälter und auch die Öffnungszeit ist konstant.
Sie ist so bemessen, daß zusätzlich zu dem aus den Sammelbehältern der Hausanschlüsse
abgesaugten Abwasser insgesamt etwa das 2- bis 15-fache Volumen Luft in die Unterdruck-Abwasserleitung
eingesaugt wird. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß bei einem derartigen Wasser/Luft-Verhältnis
ein kommunales Abwassersystem mit verhältnismäßig kleinen Rohrquerschnitten., in denen
das Abwasser in Pfropfenform transportiert wird, dauerhaft funktioniert, wobei der
sogenannte "Gleichzeitigkeitsfaktor", d.h. das gleichzeitige Öffnen mehrerer Absperrventile,
eine wichtige Rolle spielt.
[0003] Normalerweise ist der in der Abwasserleitung herrschende Unterdruck in der Nähe der
Vakuumstation am stärksten und nimmt zum Ende der Abwasserleitung hin merklich ab.
Trotz dieses Druckgradienten wurden bisher die Öffnungszeiten der Absperrventile der
Hausanschlüsse einheitlich auf einen Mittelwert eingestellt und nur in Ausnahmefällen
nachträglich korrigiert. Das liegt zum Teil daran, daß die Steuervorrichtungen der
Absperrventile in Serie vorgefertigt und nicht schon bei der Her÷ stellung einem bestimmten
Hausanschluß zugeordnet werden. Auch bei der Montage wäre eine individuelle Einstellung
der Öffnungszeit des Absperrventils schwierig, weil erst während einer län-
' geren Betriebsdauer festgestellt werden könnte, welches die optimale Öffnungszeit
für das Absperrventil an einem bestimmten Hausanschluß ist.
[0004] Die gleichmäßig eingestellte Öffnungsdauer aller Absperrventile unabhängig von ihrer
Lage an der Abwasserleitung und von der Häufigkeit und Gleichzeitigkeit der Öffnungsvorgänge
der in Strömungsrichtung davor und dahinter liegenden anderen Absperrventile hat zur
Folge, daß normalerweise in der Nähe der Vakuumstation zu viel, dagegen an-den Leitungsenden
zu wenig Luft in das Leitungssystem gesaugt wird. Durch das in der Nähe der Vakuumstation
in die Abwasserleitung einströmende größere Luftvolumen wird der Unterdruck zum Ende
der Leitung hin weiter abgebaut, vor allem dann, wenn zwischen einem gerade öffnenden
Hausanschluß-Absperrventil und der Vakuumstation in der normalerweise mit Steigungs-
und Gefälleabschnitten verlegten Abwasserleitung mehrere Wasserpfropfen stehen, welche
den Leitungsquerschnitt abdichten und beschleunigt werden müssen. Die einströmende
Luft bewirkt unter diesen Umständen einen Druckanstieg, der sich von dem geöffneten
Hausanschluß aus nicht nur zur Vakuumstation, sondern in unerwünschter Weise auch
zum Leitungsende hin fortgepflanzt.
[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, welches zu gleichmässigeren Druckverhältnissen in der Unterdruck-Abwasserleitung
und damit zu einem zuverlässigeren Betrieb der gesamten Anlage mit der Möglichkeit
einer Kapazitätsvergrößerung führt.
[0006] Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaltzeitpunkte
der Absperrventile in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Abwasserleitung durch den
Unterdruck selbst in der Weise verstellt werden, daß bei steigendem absoluten Druck
in der Abwasserleitung die einer bestimmten Abwassermenge zugeordnete Öffnungszeit
für das Einlassen von Luft in die Abwasserleitung verlängert wird und/oder die Absperrventile
bei niedrigerem Wasserstand im Sammelbehälter geöffnet werden.
[0007] Das neue Verfahren bietet den Vorteil, daß automatisch entsprechend dem gewünschten
Druckgradienten mit zunehmender Entfernung von der Vakuumstation mehr Luft in die
Abwasserleitung eingelassen wird. Der geringere Lufteinlaß in der Nähe der Vakuumstation
führt auch zu einer geringeren Schwächung des Unterdrucks im äußeren Leitungsbereich.
Die dort einströmende größere Luftmenge wird ökonomischer genutzt, da sie auf ihrem
längeren Weg zur Vakuumstation auch die in deren Nähe in der Abwasserleitung stehenden
Wasserpfropfen weiterbefördert.
[0008] Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß die geschilderte Funktionsverbesserung
nicht durch aufwendige Vorausplanungen oder langwierige Einstellarbeiten bei der Installation
und Wartung.der Absperrventile erzielt wird, sondern sich von allein dadurch ergibt,
daß der zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Hausanschluß in der Abwasser-
leitung herrschende Unterdruck als Parameter für die Öffnungszeit des Absperrventils
dient. Dabei werden sowohl Schwankungen der Betriebsbedingungen infolge der Zufälligkeit
der Öffnungsvorgänge aller in die Abwasserleitung mündender Hausanschlüsse als auch
die unterschiedliche Lage der einzelnen Hausanschlüsse entlang der Abwasserleitung
gleichzeitig berücksichtigt, so daß es in der Regel keiner besonderen korrigierenden
Eingriffe in die Steuervorrichtungen der einzelnen Absperrventile mehr bedarf.
[0009] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stehen verschiedene Maßnahmen zur
Verfügung. Geht man davon aus, daß beim vorübergehenden öffnen der Absperrventile
jeweils eine konstante Wassermenge aus dem Abwasser-Sammelbehälter der Hausanschlüsse
abgesaugt wird, weil das Öffnen-bei einem bestimmten Wasserstand im Sammelbehälter
ausgelöst und das darin angesammelte Abwasser vollständig abgesaugt wird, so beeinflußt
eine Veränderung der öffnungsdauer des Absperrventils nur die zusätzlich zum Abwasser
in die Leitung eingelassene Luftmenge. Hierzu wird in bevorzugter Ausführung der Erfindung
vorgeschlagen, daß bei Betätigung des Absperrventils mittels eines Steuerventils die
Öffnungszeit durch einen in Abhängigkeit vom Druck in der Unterdruck-Abwasserleitung
auf das Steuerventil wirkenden Stellantrieb veränderbar ist.
[0010] Bisher wurde bei bekannten Steuervorrichtungen der Absperrventile deren Öffnungszeit
durch die Dauer der gedrosselten Belüftung eines unter Unterdruck versetzten Hohlraums
bestimmt. In bevorzugter praktischer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß
bei derartigen Steuervorrichtungen durch den erfindungsgemäßen Stellantrieb die Öffnungsweite
der Drosselöffnung des Hohlraums veränderbar ist. Um dabei unerwünschte Einflüsse
kurzzeitiger extremer Druckschwankungen in der Abwasserleitung auszuschließen, wird
zweckmäßigerweise zwischen dem Stellantrieb und der Unterdruck-Abwasserleitung ein
auf Druckspitzen träge reagierendes Dämpfungsglied angeordnet, welches in besonders
einfacher Ausführung eine über eine Drosselöffnung mit der Unterdruck-Abwasserleitung
verbundene Hohlkammer ist.
[0011] Wird in bekannter Weise die Zeitdauer der Öffnung des Absperrventils durch die Dauer
der gedrosselten Belüftung eines unter Unterdruck versetzten, im Volumen veränderlichen
Hohlraums mit einer beweglichen Begrenzungswand bestimmt, die mit einer dem Unterdruck
entgegenwirkenden Kraft vorbelastet ist, so kann als Alternative zu der zuerst vorgeschlagenen
Veränderung der Öffnungsweite der Drosselöffnung des Hohlraums auch vorgesehen sein,
daß durch den Stellantrieb der Weg der Begrenzungswand und/oder die diese belastende
Kraft veränderbar ist. Beispielsweise kann der mit dem Unterdruck der Abwasserleitung
beaufschlagte Stellantrieb ein keil- oder stufenförmiges Anschlagglied verstellen,
welches dann entsprechend dem Stellweg auch den Weg der beweglichen Begrenzungswand
des Hohlraums begrenzt.
[0012] Ist die bewegliche Begrenzungswand des Hohlraums durch Federkraft belastet, kann
mittels des erfindungsgemäßen Stellantriebs auch die Vorspannkraft der Feder verändert
werden, beispielsweise indem ein Federlager durch Schraubbewegung verstellt wird.
Bei stärkerem Unterdruck führt dann eine entsprechend stärker vorgespannte Feder zu
einer schnelleren Rückstellbewegung der beweglichen Begrenzungswand während der gedrosselten
Belüftung des Hohlraums und damit zu einer kürzeren Öffnungszeit des Absperrventils.
[0013] Alternativ oder kumulativ zu den vorstehend genannten Maßnahmen zur Beeinflussung
der bei einem Öffnungsvorgang eines Absperrventils zusätzlich zu einer bestimmten
Abwassermenge in die Leitung eingelassenen Luftmenge kann erfindungsgemäß auch die
abzusaugende Abwassermenge beeinflußt werden. Hierzu wird in bevorzugter Ausführung
der Erfindung vorgeschlagen, daß unter Verwendung jeweils einer pneumatischen Steuervorrichtung
für jedes Absperrventil, bei welcher das im Sammelbehälter ansteigende Abwasser direkt
oder über ein in einem Steigrohr eingeschlossenes Luftvolumen gegen eine Vorbelastung
Druck auf eine Membran ausübt, durch deren Bewegung ein auf einer verhältnismäßig
kleinen Steuerfläche mit dem Unterdruck der Abwasserleitung vorbelastetes Schaltventil
umschaltbar ist, die Fläche der Membran höchstens etwa 60, vorzugsweise 50 mal so
groß ist wie die Steuerfläche des Schaltventils. Nach diesem Vorschlag wird das Wasser/Luft-Verhältnis
dadurch in der gewünschten Weise beeinflußt, daß sich bei stärkerem Unterdruck mehr
Abwasser im Sammelbehälter ansammeln muß, bevor das Absperrventil öffnet, um das große
Wasservolumen abzusaugen. Anders ausgedrückt, die Absperrventile der Hausanschlüsse
in der Nähe der Vakuumstation öffnen bei gleichem Abwasseranfall seltener und lassen
dann jeweils mehr Wasser in die Leitung ein als die Absperrventile am äußeren Ende
der Leitung. Die vorteilhafte Eigenschaft des Systems kann auch dadurch erreicht werden,
daß die Membran bei leerem Sammelbehälter durch ein Gewicht, eine Feder oder eine
andere von oben wirkende Vorbelastung nach unten durchgewölbt ist und einen Schaltvorgang
bereits dann auslöst, wenn sie durch das im Sammelbehälter ansteigende Abwasser oder
ein über diesem eingesperrtes Luftpolster etwa in die waagerechte Mittellage oder
nur wenig darüber hinaus nach oben gedrückt worden ist. Dann macht sich nämlich, anders
als bei nach oben durchgewölbter Membran, deren zunehmende Abstützung am Rand noch
nicht störend bemerkbar.
[0014] Die hier gewiesenen Vorschläge bewirken eine selbsttätige Anpassung des mit Unterdruck
betriebenen Systems an die sich mit dem zufälligen Öffnen der Hausanschlüsse verändernden
Betriebsbedingungen in der Abwasserleitung. Es empfiehlt sich jedoch, der Anpassung
an eine Abschwächung des Unterdrucks durch Verlängerung der Öffnungsdauer der Absperrventile
eine Grenze zu setzen. Zu diesem Zweck ist in bevorzugter praktischer Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, daß bei Verwendung eines gedrosselt belüftbaren Hohlraums
als Zeitglied eine bewegliche Begrenzungswand des Hohlraums mit einer bestimmten Mindestkraft
belastbar ist, welche das Mindestmaß des Unterdrucks in der Unterdruck-Abwasserleitung
bestimmt, bei welchem die Begrenzungswand in eine Endstellung bewegbar und dadurch
ein das Öffnen des Absperventils bewirkender Schaltvorgang des Steuerventils auslösbar
ist.
[0015] Zur Verringerung schädlicher Folgen einer ungünstigen Druckverteilung in der Abwasserleitung
können in weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung auch Maßnahmen an der
Abwasserleitung selbst getroffen werden. Aus der DE-PS 26 41 110 ist z. B. ein ungleichmäßiger,
sägezahnartiger Verlauf der Unterdruck-Abwasserleitung im Bereich der Hausanschlüsse
bekannt. Damit söllte erreicht werden, daß selbst bei negativen Druckgradienten in
der Leitung das aus einem Hausanschluß einströmende Abwasser nicht durch die nachströmende
Luft in Rückwärtsrichtung gefördert wird. Es wurde dazu jedoch bisher für erforderlich
gehalten, daß die in Fließrichtung mit Gefälle verlegten Leitungsabschnitte wenigstens
etwa doppelt so lang wie die angrenzenden ansteigenden Leitungsabschnitte und entsprechend
schwächer geneigt sind. Bei den in der Praxis verwirklichten Maßen, nämlich etwa 10-25cm
Gefälle auf Längenabschnitten von etwa 25m ergaben sich schon durch geringe Toleranzen
bei den Erdarbeiten und leicht durchhängende Kunststoffrohre horizontale Leitungsabschnitte
und ungeplante Senken bzw. Taschen. Sie konnten weder die vorgesehene Freigefälleströmung
in Richtung zur Vakuumstation hin noch das "Totlaufen" des bei falschem Druckgradienten
rückwärts strömenden Wassers in der gewünschten Weise gewährleisten.
[0016] Es hat sich nun aber überraschend gezeigt, daß das Fließverhalten des Abwassers in
der Leitung ganz wesentlich verbessert wird, wenn bei der in der Praxis gebräuchlichen
Höhendifferenz von etwa 10-25cm die ansteigenden und die Gefälleabschnitte der Leitung
mit jeweils ca. 10-15m etwa gleich lang bemessen werden. Das stärkere Gefälle fördert
dann die Strömung zur Vakuumstation hin, und es kann nicht auf einer längeren, im
wesentlichen horizontalen Strecke eine größere Wassermenge stehenbleiben, über welche
die Luft hinwegstreicht oder ein sehr großer, schlecht zu beschleunigender Wasserpfropfen
den Rohrquerschnitt verschließen. Andererseits ist das Gefälle immer noch flach genug,
daß sich ein ohnehin nur durch verhältnismäßig geringe Druckdifferenzen rückwärts
getriebener Wasserschwall daran totläuft. Dieses letztere Problem wird außerdem in
dem Maße gemildert, wie nach den oben beschriebenen Vorschlägen die in die Leitung
eingelassenen.Wasser- und Luftmengen entsprechend den örtlich unterschiedlichen Druckverhältnissen
variiert werden.
[0017] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 den oberen bzw. unteren Teil einer Steuervorrichtung für das Absperrventil
eines Hausanschlusses an einer Unterdruck-Abwasserleitung;
Fig. 3 bis 5 Alternativen zu Fig. 2;
Fig. 6 in schematischer Darstellung eine abwechselnd mit ansteigenden und abfallend
geneigten Abschnitten verlegte Unterdruck-Abwasserleitung im Bereich mehrerer Hausanschlüsse.
[0018] Die mit ihrem oberen Teil in Fig. 1 und mit ihrem unteren Teil in Fig. 2 gezeigte
Steuervorrichtung dient zur Steuerung der Öffnungs- und Schließbewegungen eines nicht
gezeigten Absperrventils, wie es z. B. in der DE-OS 28 09 431 beschrieben ist. Das
Absperrventil trennt in an sich bekannter Weise an einem Hausanschluß H einen verhältnismäßig
kleinen Sammelbehälter für das Abwasser dieses Hausanschlusses von einer in Fig. 4
gezeigten Unterdruck-Abwasserleitung 10. Der Sammelbehälter und das Absperrventil
können z. B., wie in der DE-PS 28 09 431 gezeigt, angeordnet sein. Wenn sich in dem
Sammelbehälter eine bestimmte Abwassermenge, z. B. in der Größenordnung von etwa 8-20
Liter angesammelt hat, löst der in Fig. 2 gezeigte untere Teil der Steuervorrichtung
den Öffnungsvorgang des Absperrventils aus, in dem eine Leitung 82 mit Unterdruck
beaufschlagt wird, die an eine Membrandose 12 im oberen Teil der Steuervorrichtung
angeschlossen ist. Die Membrandose 12 ist unten durch einen Membrankolben 14 abgeschlossen
und begrenzt zusammen mit diesem einen im wesentlichen geschlossenen Hohlraum 16.
Der Membrankolben besteht im Beispielsfall aus einem scheibenförmigen, steifen Mittelteil
18 und einer dicht mit diesem sowie der Mantelwand der Membrandose 12 verbundenen
manschettenförmigen Membran.
[0019] Damit sich der Membrankolben 14 möglichst geradlinig in senkrechter Richtung bewegt,
ist sein steifes Mittelteil 18 auf der Oberseite mit einer Stange 26 verbunden, die
in einer am oberen Ende abgeschlossenen, sich in senkrechter Richtung erstreckenden
Büchse 28 geführt ist. Die Büchse 28 ist mit der Endwand der Membrandose 12 Verbunden.
[0020] Ebenfalls auf der oberen Endwand der Membrandose 12 ist eine Rückschlagklappe 30
angeordnet. Sie ist so ausgebildet, daß dann, wenn der Membrankolben 14 mit Unterdruck
beaufschlagt und angehoben wird, das durch den Membrankolben 14 verdrängte Luftvolumen
ungehindert aus dem Hohlraum 16 entweichen kann. Es entsteht also bei einer Aufwärtsbewegung
des Membrankolbens 14 im Hohlraum 16 kein Überdruck.
[0021] Die Rückschlagklappe 30 ist mit einem kleinen Loch versehen, das eine Drosselöffnung
darstellt. Wenn nach dem Absaugen des Abwassers aus dem Sammelbehälter der Membrankolben
14 durch das Gewicht 26 wieder nach unten gedrückt wird, senkt er sich in dem Maße
und mit derjenigen Geschwindigkeit ab, wie es die durch das kleine Loch in der Rückschlagklappe
30 in den Hohlraum 16 einströmende Luftmenge zuläßt. Durch geeignete Wahl der Größe
des Lochs in der Rückschlagklappe 30 kann die Öffnungsdauer des Absperrventils zwischen
der Unterdruck-Entwässerungsleitung und dem Sammelbehälter bestimmt werden. Auf diese
Weise kann festgelegt werden, ob das durch die gezeigte Steuervorrichtung betätigte
Absperrventil solange öffnet, daß nicht nur das im Sammelbehälter angesammelte Abwasservolumen,
sondern anschließend auch noch ein bestimmtes Luftvolumen in die Unterdruck-Abwasserleitung
eingesaugt wird. Die Einstellung der Drosselöffnung in der Rückschlagklappe 30 kann
aber auch so getroffen werden, daß das Absperrventil im wesentlichen sofort nach dem
Durchlaß des abgesaugten Abwassers wieder schließt. Die geringe nachströmende Luftmenge
braucht nur auszureichen, um das Abwasser bis in das mit geringem Gefälle verlegte
Hausanschlußrohr gelangen zu lassen, welches in die sich längs der Straße erstreckende
Hauptleitung mündet. Wahlweise kann aber auch mittels eines kleineren Lochs in der
Rückschlagklappe 30 eine sehr viel längere Öffnungszeit des Absperrventils eingestellt
werden, so daß bei jedem Absaugvorgang nach dem Abwasser eine ein mehrfaches von dessen
Volumen betragende Luftmenge in die Unterdruck-Abwasserleitung eingesaugt wird.
[0022] Zur Betätigung der zum Öffnen und Schließen des Absperrventils erforderlichen Steuerventile
ist nach oben durch die Endwand des Steigrohrs 10 hindurch aus diesem eine Steuerstange
32 herausgeführt. Wie gezeigt, ist das untere Ende der Steuerstange 32 längsverschieblich
in einer mit dem steifen mittleren Teil 18 des Membrankolbens 14 fest verbundenen
senkrechten Führung 34 aufgenommen. Nur am unteren Ende der Führung 34 erfolgt eine
Mitnahme der Steuerstange 32 durch den Membrankolben 14 nach oben, und nur am oberen
Ende der Führung 34 erfolgt eine Mitnahme der Steuerstange 32 durch den Membrankolben
14 nach unten. Dazwischen besteht-ein freies senkrechtes Bewegungsspiel zwischen dem
Membrankolben 14 und der Steuerstange 32, d.h., ausgehend von der gezeigten Stellung,
muß sich der Membrankolben 14 erst um die Länge der Führung 34 heben, bevor auch die
Steuerstange 32 nach oben mitgenommen und verschoben wird. In der obersten Stellung
der Steuerstange 32 dichtet eine auf ihr sitzende Dichtung 36 die Durchführungsöffnung
in der oberen Endwand des Steigrohrs 10 für die Steuerstange 32 ab. Demnach kann bei
sinkendem Wasserspiegel und sich absenkendem Membrankolben 14 Luft nur über die Drosselöffnung
in der Rückschlagklappe 30 in den Hohlraum 16 eindringen.
[0023] Die aus den Teilen 12, 14, 16, 26, 30 bestehende Zeitschalteinrichtung steuert im
Beispielsfall eine insgesamt aus einem Vorsteuerventil 38, einem Steuerventil 40 und
einer pneumatischen Stelleinrichtung 42 für das Steuerventil 40 bestehende Ventilanordnung.
Der mit A bezeichnete Eingang des Vorsteuerventils 38 ist ständig an die Unterdruck-Abwasserleitung
in Fließrichtung hinter dem Absperrventil angeschlossen, steht somit ständig unter
Unterdruck. Wenn sich der Membrankolben 14 bei Unterdruckbeaufschlagung um mehr als
das Bewegungsspiel längs der Führung 34 hebt, wird die Steuerstange 32 nach oben mitgenommen
und öffnet das durch ein Gewicht 44 vorbelastete Vorsteuerventil 38. Dadurch pflanzt
sich der Unterdruck vom Ventilanschluß A durch das Vorsteuerventil 38 hindurch über
den Ventilausgang B in eine Steuerleitung 46 fort, die einerseits an den Ventileingang
C des Steuerventils 40 und andererseits bei E an die pneumatische Stelleinrichtung
42 angeschlossen ist. Die Steuerstange 32 wird im Beispielsfall durch einen mechanischen
Schnapper 48, der z.B. die Form einer gegen einen Nocken an der Steuerstange 32 drückenden,
federbelasteten Kugel haben kann, in ihrer oberen Stellung gehalten, bei welcher das
Vorsteuerventil 38 geöffnet ist.
[0024] Ein ähnlicher Schnapper 50 wirkt auf die mit dem Ventilkörper des Steuerventils 40
verbundene Kolbenstange der pneumatischen Stelleinrichtung 42 und stellt einen bestimmten
Widerstand dar, den die pneumatische Stelleinrichtung 42 überwinden muß, bevor das
Steuerventil 40 geöffnet wird.
[0025] Im einzelnen besteht die pneumatische Stelleinrichtung 42 im Beispielsfall aus einem
elastischen Kolben 52, z.B. aus Gummi, der verschieblich, aber dicht an der Zylinderwand
der Stelleinrichtung 42 anliegt. Bei genügender Biegsamkeit des Kolbens 52 könnte
er am äußeren Umfang auch fest mit der Zylinderwand verbunden sein. Der Kolben 52
hat eine größere wirksame Kolbenfläche als die dem Unterdruck am Ventileingang C ausgesetzte
Stirnfläche des Ventilkörpers (Schiebers) des Steuerventils 40. Da beide Flächen demselben
Unterdruck der Steuerleitung 46 ausgesetzt sind, zieht der Kolben 52 der pneumatischen
Stelleinrichtung 42 das Steuerventil 40 in die Öffnungsstellung nach oben, sobald
das Vorsteuerventil 38 durch die Steuerstange 32 geöffnet worden ist, falls der Unterdruck
am Anschluß A ausreicht, um den durch den Schnapper 50 auf die Kolbenstange des Kolbens
52 ausgeübten Widerstand gegen Verschiebung zu überwinden. Damit der Schnapper 50
die Kolbenstange des gummielastischen Kolbens 52 nicht seitlich wegdrückt, sind mit
der Kolbenstange oberhalb und unterhalb des mit 54 bezeichneten Nockens des Schnappers
50 im Zylinder der Stelleinrichtung 42 geführte Führungsscheiben 56, 58 verbunden.
[0026] Sobald die pneumatische Stelleinrichtung 42 den Ventilkörper des Steuerventils 40
nach oben in die geöffnete Stellung gezogen hat, gelangt der Unterdruck vom Ventileingang
C zum Ventilausgang D und von dort über eine Steuerleitung 60 in bekannter Weise zum
Absperrventil, welches dadurch geöffnet wird, so daß das im Sammelbehälter und Steigrohr
10 angesammelte Abwasser durch das geöffnete Absperrventil in die Unterdruck-Abwasserleitung
gesaugt wird.
[0027] Wenn nach dem Sinken des Wasserspiegels der Membrankolben 14 infolge seines Eigengewichts,
des zusätzlichen Gewichts 26 und ggf. einer Federbelastung je nach Größe der Drosselöffnung
in der Rückschlagklappe 30 mehr oder weniger schnell absinkt, wird die Steuerstange
32 durch den reibungsschlüssigen Angriff des Schnappers 48 zunächst noch in ihrer
oberen Stellung gehalten, so daß auch das Vorsteuerventil 38 und das Steuerventil
40 geöffnet bleiben, bis das Abwasser und ggf. noch anschließend eine bestimmte Menge
Luft über das Absperrventil in die Unterdruck-Abwasser- leitung eingesaugt worden
sind. Nach Ablauf der durch Wahl der Größe der Drosselöffnung in der Rückschlagklappe
30 und das Gewicht 26 vorbestimmten Zeitdauer für das Absinken des
Membrankolbens 14 kommt das obere Ende der Führung 34 am unteren Ende der Steuerstange
32 zur Anlage und zieht diese unter Überwindung des Widerstands des Schnappers 48
mit nach unten. Dadurch wird der Ventilkörper des Vorsteuerventils 38 in die Schließstellung
zurückgeführt. Dazu kann eine feste Verbindung des Ventilkörpers des Vorsteuerventils
38 mit der Steuerstange 32 bestehen. Vorgezogen wird jedoch, wie gezeigt, eine axial
verschiebliche Verbindung zwischen dem Ventilkörper des Vorsteuerventils 38 und der
Steuerstange 32, derart, daß der Ventilkörper zwar in Öffnungsrichtung von der Steuerstange
32 nach oben mitgenommen wird, wobei die Halterung an der Steuerstange für den Ventilkörper
z.B. an dem Gewicht 44 oder einem axialen Bund am Ventilkörper angreift, die Rückführung
des Ventilkörpers in seine geschlossene Stellung jedoch allein durch die Gewichtsbelastung
44 erfolgt und die Steuerstange 32 sich ggf. auch dann noch weiter absenken kann,
wenn der Ventilkörper bereits seine Schließstellung erreicht hat, wobei die ihn führende
Halterung an der Steuerstange 32 axial längs des Ventilkörpers gleitet.
[0028] Die pneumatische -Stelleinrichtung 42 ist bei dem Ausführungsbeispiel nur mit einem
einzigen Unterdruckanschluß E versehen und in dieser bevorzugten einfachen Ausführungsform
nicht in der Lage , das Steuerventil 40 positiv in die Schließstellung zurückzuschalten.
Diese Schaltbewegung wird im Beispielsfall unmittelbar durch die Steuerstange 32 ausgeführt,
in dem diese über einen an der Kolbenstange des Kolbens 52 und dem Ventilkörper des
Steuerventils 40 angreifenden Hebel 62 diese Teile mit nach unten zieht, nachdem das
Vorsteuerventil 38 geschlossen worden ist. Der Hebel 62 ist über eine Führung 64 mit
axialem Bewegungsspiel mit der Steuerstange 32 verbunden, welche dafür sorgt, daß
beim Anheben der Steuerstange 32 keine Mitnahme des Ventilkörpers des Steuerventils
40 über den Hebel 62 erfolgt und die Schließbewegung des Steuerventils 40 gegenüber
der Schließbewegung des Vorsteuerventils 38 etwas verzögert ist.
[0029] Auch zwischen dem Hebel 62 und der mit dem Ventilkörper des Steuerventils 40 verbundenen
Kolbenstange des Kolbens 52 kann eine axial verschiebliche, durch einen Anschlag begrenzte
Verbindung vorgesehen sein und eine Gewichtsbelastung 66, die nach Überwindung des
Verschiebewiderstands durch den Schnapper 50 beim Herabziehen des Ventilkörpers des
Steuerventils 40 durch die Steuerstange 32 und den Hebel 62 den Ventilkörper in die
ganz geschlossene Stellung zurückführt.
[0030] Am Vorsteuerventil 38 ist bei 68 eine Leckage angeordnet und in entsprechender Weise
ist auch am Steuerventil 40 bei 70 eine Leckage vorgesehen. Diese Leckagen 68 und
70 können z.B. so ausgebildet sein, daß ein konischer Stift oder Schaft des Ventilkörpers
eine mit ihm zusammenwirkende Bohrung bei geöffnetem Ventil 38 bzw. 40 fest verschließt,
aber bei geschlossenem Ventil 38 bzw. 40 ein Ringspalt zwischen dem konischen Stift
oder Schaft und der Bohrung offensteht, durch den Luft in die Ausgangsseite des Ventils
38 bzw. 40 einströmen kann. Die nach dem Schließen des Vorsteuerventils 38 durch die
Leckage 68 in die Steuerleitung 46 einströmende Luft beseitigt das Restvakuum in der
pneumatischen Stelleinrichtung 42, so daß die Steuerstange 32 das Steuerventil 40
in die geschlossene Stellung zurückführen kann. Die nach dem Schließen des Steuerventils
40 durch die Leckage 70 in die Steuerleitung 60 einströmende Luft beseitigt das Restvakuum
im nicht gezeigten Absperrventil der Unterdruck-Abwasserleitung, so daß das Absperrventil
wieder schließt und die Unterdruck-Abwasserleitung vom Abwasser-Sammelbehälter des
Hauses abtrennt.
[0031] Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ventile 38 und 40 sowie die pneumatische
Stelleinrichtung 42 übereinander angeordnet. Dies muß nicht notwendigerweise so sein.
Selbstverständlich kann die Steuerstange 32 auch so abgewinkelt und/oder mit seitlichen
Armen versehen sein, daß die Ventile 38 und 40 nebeneinander oder in beliebiger anderer
räumlicher Zuordnung angeordnet sein können.
[0032] Abweichend von Fig. 1 könnte auch die Leitung 82 zusätzlich mit dem Ventileingang
C und der Ventilausgang D mit einer regelbaren Belüftungseinrichtung entsprechend
der nachstehend beschriebenen Einrichtung 30, 102-124 verbunden sein, die dann an
der Membrandose 12 entfällt. Die Leitung 60 zweigt in diesem Fall von der nicht mehr
mit dem Ventileingang C verbundenen Leitung 46 ab.
[0033] Fig. 2 zeigt den unteren Teil der Steuervorrichtung, durch welchen bei einem bestimmten
Wasserstand im Sammelbehälter, an den unten das in Fig. 3 gezeigte Rohr 71 angeschlossen
ist, ein Schaltvorgang zum Öffnen des Absperrventils ausgelöst wird. Dieser Teil der
Steuervorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Membran 72, die bei einem bestimmten
statischen Wasserdruck soweit ausgelenkt wird, daß über einen mit ihr verbundenen
Stift 74 und einen Mitnehmer 76 ein Schaltventil 78 geöffnet wird, Dadurch wird eine
Verbindung hergestellt zwischen einer an die Unterdruck-Abwasserleitung 10 in Fließrichtung
hinter dem Absperrventil angeschlossenen Unterdruck-Steuerleitung 80 und der bereits
genannten Leitung 82, die in die Membrandose 12 führt. Sobald durch den Unterdruck
in der Membrandose 12 die Membran 14 hochgezogen wird, laufen anschliessend die vorstehend
beschriebenen Schaltvorgänge der Steuerventile 38 und 40 ab.
[0034] Das Schaltventil 78 ist im Beispielsfall in einem Innenrohr 84 nahe dessen unterem
Ende montiert. Dieses Innenrohr ist von oben her in ein äußeres Schutzrohr 85 eingeschoben,
welches z. B. gemäß Fig. 3 mit dem Rohr 71 fest und dicht verbunden sein oder von
oben her in den Sammelbehälter bis in Bodennähe eingeführt sein kann. Das Innenrohr
84 mit dem Schaltventil 78 läßt sich für Wartungszwecke nach oben aus dem Schutzrohr
85 herausziehen. Die Endstellung der beiden Rohre 84 und 85 kann durch einen unten,
aber auch oben angebrachten Anschlag 86 bestimmt sein. Eine O-Ring-Dichtung 88 verhindert,
daß Wasser durch den Ringspalt zwischen den beiden Rohren 84 und 85 nach oben z. B.
in einen Schutzbehälter eindringen kann, der den in Fig. 1 gezeigten oberen Teil der
Steiervorrichtung aufnimmt. Die Dichtung 88 könnte auch am oberen Ende der Rohre 84,
85 angebracht sein, so daß sich diese leichter ineinanderschieben lassen.
[0035] Vorzugsweise ist das äußere Schutzrohr 85 oben fest mit dem genannten Schutzbehälter
für den oberen Teil der Steuervorrichtung verbunden und unten z. B. mittels eines
T-Stücks an der Leitung 71 festgelegt. Das Innenrohr 84 sitzt im montierten Zustand,
gehalten durch eine oder mehrere Dichtungen 88, fest, aber lösbar im äußeren Schutzrohr
85. Am oberen Ende kann das Innenrohr 84 aus dem Schutzrohr 85 herausragen, und der
genannte Schutzbehälter kann auf dieses herausragende Ende des Innenrohrs 84 aufgesetzt
und dadurch festgelegt werden.
[0036] Das untere Ende des Innenrohrs 84 ist durch die z. B. aus Gummi bestehende Membran
72 abgeschlossen. Im Beispielsfall nach Fig. 2 ist die Membran 72 zwischen einem am
unteren Ende des Innenrohrs 84 ausgebildeten Innenflansch und einer vom gegenüberliegenden
Ende des Innenrohrs 84 aus eingeführten und in der endgültigen Stellung eingeklebten
Büchse 90 eingespannt. Die Nut zur Aufnahme der Dichtung 88 wurde in diesem Fall nach
dem kleben der Büchse 90 eingedreht. Alternativ kann auch ein 1 nenrohr 84 größerer
Wandstärke verwendet werden, das am unteren Ende radial innen ausgedreht wird, so
daß in die erweiterte Bohrung die Membran 72 eingesetzt und dann durch einen eingeklebten
Ring festgelegt werden kann.
[0037] An dem Stift 74 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein scheibenförmiges Gewicht
92 befestigt, welches im Zusammenwirken mit einer Zwischenwand 94 im Innenrohr 84
gleichzeitig als Anschlag wirkt. Bis zur Anlage an der Zwischenwand 94 hat das Gewicht
92 die Tendenz, die Membran 72 nach unten auszuwölben.
[0038] Der mit dem Stift 74 verbundene Mitnehmer 76 greift an dem Ventilglied 96 des Schaltventils
78 an. Das Ventilglied 96 trägt am unteren Ende eine Flachdichtung oder eine sogenannte
V-Ring-Dichtung, die mit einem konischen Wandbereich des Ventilgehäuses dichtend zusammenwirkt
und eine über die Leitung 80 ständig unter Unterdruck stehende untere Ventilkammer
98 von einer im Querschnitt größeren oberen Ventilkammer 100 trennt, die über die
Leitung 82 mit der Membrandose 12 verbunden ist. Die Beweglichkeit des Ventilglieds
96 und dessen Verbindung über den Mitnehmer 76 mit dem Stift 74 sind so gewählt, daß
im geschlossenen Zustand des Schaltventils 78 auch der auf das Ventilglied 96 wirkende
Unterdruck in der Ventilkammer 98 dazu beiträgt, die Membran 72 in derselben Richtung
wie das Gewicht 92 und das Eigengewicht zu belasten.
[0039] Mit steigendem Wasserstand im Abwasser-Sammelbehälter wird die Membran 72 durch den
Wasserdruck in der Leitung 71 gegen die genannte Vorbelastung aus der nach unten durchgewölbten
Ausgangsstellung nach oben gedrückt. Wenn die Membran etwa ihre mittlere, horizontale
Stellung erreicht, hat der Stift 74 über den Mitnehmer 76 das Ventilglied 96 so weit
angehoben, daß die elastische Dichtung im Ventil plötzlich ihren dichten Sitz am Ventilgehäuse
verliert und das Ventil in die geöffnete Stellung aufspringt.
[0040] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Membran 72 nur geringfügig gegenüber
der untersten Kante der Rohre 84 und 85 zurückgesetzt. Diese werden jedoch bis etwa
an den Strömungsquerschnitt der Leitung 71 heran vorgeschoben, so daß die Membran
72 unmittelbar vom Abwasser bespült und infolge der schnellen Strömung beim Öffnen
des Absperrventils gereinigt wird. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet
sich von dem nach Fig. 2 im wesentlich nur durch die andere Art der Befestigung der
Membran 72. Diese sitzt gemäß Fig. 3 nach Art einer Kappe auf dem unteren Ende des
Innenrohrs 84. Der Rand der Membran ist verdickt und greift in eine äußere Ringnut
im Innenrohr 84 ein, so daß die Membran 72 zuverlässig gehalten ist. Gleichzeitig
bildet dieser Rand eine Dichtung entsprechend der O-Ring-Dichtung 88 zwischen den
beiden Rohren 84 und 85.
[0041] Die Rohre 84 und 85 können einen Durchmesser von etwa 30 bis 100mm haben. Vorgezogen
wird ein Durchmesserbereich von etwa 30 bis 60mm, d. h. der wirksame Durchmesser der
Membran 72 sollte etwa bei 35 bis 45mm liegen. In Relation dazu ist die im geschlossenen
Zustand des Schaltventils 78 mit dem Unterdruck der Steuerleitung 80 beaufschlagte
Fläche der Flachdichtung oder V-Ring-Dichtung am Ventilglied 96 zu sehen, die vorzugsweise
etwa 3 bis 10mm, in bevorzugter praktischer Ausführung 6mm Durchmesser hat. Die wirksame
Fläche der Membran 72, die beim Auslösen des Schaltvorgangs zum Öffnen des Absperrventils
mit dem Druck des im Sammelbehälter ansteigenden Wasserstands beaufschlagt wird, ist
somit nur etwa 40 mal größer als die als Steuerfläche mit dem System-Unterdruck beaufschlagte
Fläche des Ventilglieds 96 des Schaltventils 78. Im Gegensatz dazu war bisher bei
bekannten Abwasseranlagen die mit dem Druck des im Sammelbehälter ansteigenden Abwassers
beaufschlagte Membranfläche 100 bis 200 mal so groß wie die beim Öffnen in Gegenrichtung
mit dem System-Unterdruck beaufschlagte Steuerfläche des Schaltventils. Infolgedessen
konnten sich bisher Druckänderungen in der Abwasserleitung nicht auf den zum Auslösen
des Schaltvorgangs notwendigen Wasserstand im Sammelbehälter auswirken. Werden jedoch
die dem System-Unterdruck ausgesetzte Steuerfläche des Schaltventils 78 und die Fläche
der Membran 72, wie hier vorgeschlagen, einander angenähert - das frühere,bekannte
Flächenverhältnis unterscheidet sich davon um mehr als 100 % - so bildet die infolge
des System-Unterdrucks am Ventilglied 76 wirksame Gegenkraft einen so stark wirksamen
Faktor, daß Änderungen des Unterdrucks in der Abwasserleitung und damit auch in der
Steuerleitung 80 die Bewegung der Membran 72 infolge der Belastung durch den Wasserstand
im Sammelbehälter merklich beeinflussen. Auf diese Weise wird bei stärkerem Unterdruck
in der Abwasserleitung erst bei einem höheren Wasserstand im Sammelbehälter das Öffnen
des Absperrventils ausgelöst, und umgekehrt bewirkt ein schwächerer Unterdruck in
der Abwasserleitung, daß das Absperrventil schon bei einem kleineren Abwasservolumen
im Sammelbehälter öffnet.
[0042] Es versteht sich, daß sich das Schaltventil 78 und die Membran 72 nicht unbedingt
in einem Rohr im wesentlichen senkrecht unter einem den oberen Teil der Steuervorrichtung
gemäß Fig. 1 aufnehmenden Schutzgehäuse bzw. Schaltkasten befinden müssen. Für die
Funktion ist die Lage der Schaltauslösevorrichtung 72, 78 relativ zum oberen Teil
der Steuervorrichtung gemäß Fig. 1 unerheblich, weil die Leitung 82 in weiten Grenzen
beliebig verlegt werden kann. Somit besteht auch die Möglichkeit, die Schaltauslösevorrichtung
72, 78 am oberen Ende eines mit dem Sammelbehälter in Verbindung stehenden Steigrohrs
anzuordnen und über das darin eingeschlossene, bei steigendem Wasserstand komprimierte
Luftvolumen zu betätigen.
[0043] Es ist weiterhin unerheblich, ob überhaupt der Membrandose 12 eine Schaltauslösevorrichtung
gemäß Fig. 2 vorgeschaltet wird, die bewirkt, daß die Membran 14 durch den über die
Leitung 82 herangeführten System-Unterdruck angehoben wird. Stattdessen könnte die
Membrandose 12 z. B. auch das obere Ende eines mit dem Abwasser-Sammelbehälter oder
seinem Auslaß verbundenen teigrohrs sein, so daß bei steigendem Wasserstand im Sammelbehälter
das in dem Steigrohr zunehmend zusammengedrückte Luftvolumen die Membran 14 bis zum
Auslösen der Schaltvorgänge der Steuerventile 38, 40 nach oben drückt. Eine derartige
Anordnung ist z. B. in der DE-PS 24 62 295 und der DE-GM 85 24 447 gezeigt. Die nachstehend
im Zusamenhang mit Fig. 1 beschriebene erfindungsgemäße Zusatzeinrichtung kommt für
alle derartigen Steuervorrichtungen in Frage, die mit einem über eine Drosselöffnung
belüftbaren Hohlraum 16 als Zeitsteuerglied für die Öffnungszeit des Absperrventils
arbeiten, unabhängig davon, wie das Öffnen des Absperrventils ausgelöst wird und welche
sonstigen Steuerventile zwischen das Zeitschaltglied und das Abbsperrventil geschaltet
sind.
[0044] Erfindungsgemäß geht es darum, die Veränderungen des Unterdrucks in der Abwasserleitung
als Parameter der Öffnungsdauer des Absperrventils wirksam werden zu lassen. Zu diesem
Zweck sieht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine insgesamt mit 102 bezeichnete
Stelleinrichtung vor, die in Abhängigkeit vom Unterdruck der Abwasser-Leitung die
Weite der Drosselöffnung zur Belüftung des Hohlraums 16 beeinflußt.
[0045] Die Stelleinrichtung 102 besteht im einzelnen aus einer Hohlkammer 104 in Form einer
Membrandose, die über eine Leitung 106 an die Unterdruck-Abwasserleitung 10 angeschlossen
ist und somit ebenfalls ständig unter Unterdruck steht. Die mit 108 bezeichnete Membran
der z. B. am Schutzgehäuse der Steuervorrichtung befestigten Membrandose 104 ist fest
mit einer Zahnstange 110 verbunden, die bei axialer Bewegung ein Ritzel 112 antreibt.
Die Welle 114 des Ritzels 112 ist drehbar, aber axial fest gelagert, z. B. in einem
an der Membrandose 12 oder dem Schutzgehäuse der Steuervorrichtung befestigten Lager
116. In der als Hohlwelle ausgebildeten Ritzelwelle 114 ist z. B. mittels einer Vielkeilverbindung
oder einer Feder-Nut-Verbindung eine Spindel 118 undrehbar, aber axial verschieblich
gelagert. Das äußere Ende der Spindel 118 ist mit Gewinde versehen und greift in eine
Gewindebohrung in einem Rohrstutzen 120 ein, der im Beispielsfall den Luftein- und
-auslaß mit gelochter Rückschlagklappe 30 der Membrandose 12 bildet. Wenn das Ritzel
112 und die Ritzelwelle 114 durch die Zahnstange 110 gedreht werden, schraubt sich
die Spindel mehr oder weniger weit in den lichten Querschnitt der Belüftungsöffnung
120 der Membrandose 12 hinein und verändert diesen und somit auch die für die Öffnungsdauer
des Absperrventils maßgebende Zeitdauer, während der die Membran 14 aus der hochgezogenen
oder hochgeschobenen Stellung wieder in die gezeigte Ausgangsstellung zurücksinkt,
indem langsam, gedrosselt Luft durch die Lufteinlaßöffnung 20 in die Membrandose 12
einströmt.
[0046] Die Elastizität der Membran 108 wird bei dem Ausführungsbeispiel durch eine Druckfeder
122 unterstützt, die dem über die Leitung 106 zugeführten Unterdruck entgegenwirkt.
Damit die Membran 108 nicht unruhig auf alle Druckspitzen und schnellen Änderungen
des Unterdrucks in der Abwasserleitung reagiert, sondern die Zahnstange 110 nur jeweils
den etwas länger wirkenden Änderungen des Druckniveaus in der Abwasserleitung folgen
läßt, mündet die Leitung 106 über eine Drosselöffnung 124 in die Hohlkammer 104. In
Fig. 1 ist das Prinzip der Stelleinrichtung 102 nur schematisch dargestellt. Es versteht
sich, daß die auf den Unterdruck in der Abwasserleitung ansprechende Stelleinrichtung
im Detail anders ausgebildet sein kann. Für das Ausführungsbeispiel kommt eslediglich
darauf an, daß bei Änderungen des System-Unterdrucks der Strömungsquerschnitt des
Lufteinlasses in die Membrandose 12 verändert wird. Dies kann z. B. auch in der Weise
geschehen, daß an der Membrandose 12 zwei den inneren Hohlraum 16 mit der Außenatmosphäre
verbindende Rohrstutzen 120 vorhanden sind, von denen der eine mit einer Rückschlagklappe
30 versehen ist und beim Anheben der Membran 14 als Luftauslaßöffnung dient, während
der andere eine Drosselöffnung für den Lufteinlaß beim Absenken der Membran 14 bildet,
und diese Drosselöffnung durch die Spindel 118 der Stelleinrichtung 102 in ihrer Öffnungsweite
verändert werden kann. Zusätzlich zu diesem Lufteinlaß kann auch noch eine weitere
Drosselöffnung in der Rückschlagklappe vorhanden sein.
[0047] In weiterer Modifikation der Erfindung ist als Lufteinlaßöffnung der Membrandose
12 anstelle eines Rohrstutzens 120 ein Stück Schlauch vorgesehen, das durch die in
einem anderen feststehenden Gewinde geführte Stellspindel 118 mehr oder weniger stark
zusammengedrückt wird. Alternativ besteht daneben die weitere Möglichkeit, daß die
Lufteinlaßöffnung zur gedrosselten Belüftung des Hohlraums 16 mit einem Einlaßventil
versehen ist, dessen z.B. konischer Ventilkörper durch eine Stelleinrichtung entsprechend
der Stelleinrichtung 102 axial verstellt wird und durch diese mit Bezug auf die Lufteinlaßöffnung
axiale Bewegung des.Ventilglieds die Drosselwirkung des Ventils in der Lufteinlaßöffnung
verändert wird.
[0048] Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, daß an der Membrandose
12 wie bisher eine Lufteinlaßöffnung mit fest eingestellter Drosselöffnung vorhanden
ist, zusätzlich aber am Ende der Hubbewegung der Membran 14 ein Ventil betätigt wird,
welches über eine Drosselöffnung eine Verbidung herstellt zwischen einer an die Unterdruck-Abwasserleitung
angeschlossenen Leitung und einer die Unterseite der Membran 14 überdeckenden Gegendose
zur Membrandose 12. Die Membran 14 kann in dieser Abwandlung der Ausführung nach Fig.
1 demnach von beiden Seiten mit dem System-Unterdruck beaufschlagt werden, und zwar
während der Hubbewegung auf der Oberseite und während der Absinkbewegung auf der Unterseite.
Auch in diesem Fall führt ein stärkerer Unterdruck in der Abwasserleitung zu einer
schnelleren Absinkbewegung der Membran 14 und damit zu einer kürzeren Öffnungsdauer
des Absperrventils. Vorteilhaft ist, daß man ohne Stellantrieb mit relativ zueinander
beweglichen Teilen auskommt. Es bedarf nicht einmal eines zusätzlichen Ventils, wenn
der Unterdruck der Abwasserleitung über eines der ohnehin vorhandenen Steuerventile,
wie z.B. das Ventil 38 oder 40, also beispielsweise über eine Zweigleitung der Steuerleitung
46, in Verbindung mit der Gegendose auf der Unterseite der Membran 14 gebracht wird.
[0049] Das üblicherweise in Form einer Membrandose 12 vorhandene Zeitglied der bekannten
Steuervorrichtungen der Absperrventile kann auch noch in anderer Weise als durch veränderliche
Drosselung der einströmenden bzw. abgesaugten Luft in Abhängigkeit vom System-Unterdruck
beeinflußt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht z.B. darin, zwischen der Membran
14 und der Führungsbüchse 28 eine Druckfeder einzuspannen und z.B. aufseiten der Führungsbüchse
28 das Federlager mittels eines Stellantriebs entsprechend dem Stellantrieb 102 axial
zur Membran 14 hin ausfahrbar zu gestalten, so daß bei stärkerem Unterdruck in der
Abwasserleitung die genannte Feder stärker vorgespannt wird und dementsprechend auch
die Membran 14 aus der angehobenen Stellung schneller in die gezeigte untere Stellung
zurückführt.
[0050] Nochmals eine weitere Möglichkeit besteht darin, je nach der Stärke des Unterdrucks
in der Abwasserleitung das Volumen des Hohlraums 16 zu verändern, in welches während
der Öffnungsdauer des Absperrventils über eine Drosselöffnung langsam Luft einströmt.
Zu diesem Zweck können z.B. mit dem Hohlraum 16 der Membrandose 12 ein oder mehrere
Nebenkammern verbunden sein, die beim Öffnen des Absperrventils über die Leitung 82
ebenfalls evakuiert werden. Je nach Stärke des Unterdrucks in der Abwasserleitung
können durch in Abhängigkeit vom Unterdruck betätigte Ventile diese Nebenkammern zugeschaltet
oder von dem Hohlraum 16 getrennt werden.
[0051] Anstelle dieser abgestuften Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Hohlraums 16 kann
eine stufenlose Veränderung seines Volumens vorgesehen werden, indem z.B. durch einen
an den Unterdruck der Abwasserleitung angeschlossenen Stellantrieb ähnlich dem Stellantrieb
102 ein schraubbares Zwischenglied des Schaltgestänges 32, 34 gedreht und dadurch
in seiner Länge verändert wird, so daß der Schaltvorgang zum Öffnen des Absperrventils
je nach wirksamer Länge des Zwischenglieds in unterschiedlich hoch angehobener oder
angezogener Stellung der Membran 14 ausgelöst wird und anschließend ein mehr oder
weniger großes Luftvolumen in den Hohlraum 16 einströmen muß, um die Membran 14 wieder
in ihre untere Ausgangsstellung zurücksinken zu lassen.
[0052] Als Alternative zu der oben beschriebenen Ausführung mit einer auf der Unterseite
der Membran 14 angeordneten, diese überdekkenden und währenu der Öffnung des Absperrventils
mit dem System-Unterdruck beaufschlagbaren Gegendose könnte auch die Membran 14 auf
der Unterseite dem normalen Luftdruck ausgesetzt sein, aber z.B. über eine Stange
ähnlich der Zahnstange 110 mit der Membran 108 einer mit Unterdruck beaufschlagbaren
Hohlkammer 104 mit Drosselöffnung 124 verbunden sein.
[0053] Um sicherzustellen, daß die Absperrventile nur bei einem bestimmten Mindest-Unterdruck
öffnen, kann z..B. zwischen einem an der Steuerstange 32 bei der Dichtung 36 befestigten
Federlager und der oberen Endwand der Membrandose 12 eine derart bemessene Druckfeder
126 eingespannt sein, daß nur ein ausreichend starker Unterdruck in der Lage ist,
die Steuerstange 32 in Ihre obere Endstellung zu verschieben. Alternativ könnte auch
in der Büchse 28 über der Führungsstange 26 eine kurze Feder eingesetzt werden, die
ebenso wie die Feder 126 nur am Ende der Hubbewegung der Membran 14 wirksam wird.
[0054] Fig. 4 und 5 zeigen Zusatzeinrichtungen an der Membran 72, um kumulativ oder alternativ
zu den oben vorgeschlagenen Maßnahmen zur Steuerung des maximalen Wasserstands im
Sammelbehälter, bei welchem das Öffnen des Absperrventils ausgelöst wird, die bei
einem Öffnungsvorgang abgesaugte Abwassermenge zu beeinflussen. Hierzu ist jeweils
eine Membrandose 79 vorgesehen, die über eine Zweigleitung 81 mit der Leitung 80 verbunden
ist. Gemäß Fig. 4 spannt die Membran der Membrandose 79 ein Gummiband 83, dessen eines
Ende festgelegt ist, während das andere mit dem Mitnehmer 76 bzw. dem Stift 74 verbunden
ist und darüber eine durch den Unterdruck in der Leitung 80 gesteuerte Vorbelastung
auf die Membran 72 ausübt. Gemäß Fig. 5 wird dieselbe Wirkung dadurch erreicht, daß
die Membran der Membrandose 79 über eine Druckfeder 87 und eine biegsame Scheibe 89
auf das obere Ende des Stifts 74 drückt.
[0055] Die vorstehend behandelten Maßnahmen zum besseren Absaugen des Abwassers über eine
längere Unterdruck-Abwasserleitung mit einer Vielzahl daran angeschlossener Haushalte
oder sonstiger Wasserverbrauchsstellen, vorzugsweise mit einer Luftmenge, die das
zwei- bis fünfzehnfache der Abwassermenge beträgt, können ergänzt werden durch eine
neue Art der Verlegung der Unterdruck-Abwasserleitung 10. Da man bei Unterdruck-Abwassersystemen
nicht darauf angewiesen ist, ein für eine ausreichende Fließgeschwindigkeit notwendiges
Freigefälle zu schaffen, kann die Leitung den topographischen Gegebenheiten folgen.
Es ist dabei seit langem bekannt, in bestimmten Abständen Senken bzw. Taschen zu bilden,
in denen das nicht gleich in Pfropfenform bis zur Vakuumstation transportierte Abwasser
zusammenläuft und wieder den Rohrquerschnitt verschließende Pfropfen bildet, die anschließend
beim Öffnen eines Absperrventils durch die einströmende Luft weiter zur Vakuumstation.hin
befördert werden. Speziell für den Bereich der Hausanschlüsse hielt man es bisher
gemäß DE-PS 26 41 110 für richtig, die Unterdruck-Abwasserleitung sägezahnartig mit
ansteigenden und Gefälleabschnitten zu verlegen, wobei die letzteren wenigstens doppelt
so lang sein sollten wie die ansteigenden Leitungsabschnitte. Es ist einleitend bereits
auf die Nachteile dieser Art der Leitungsverlegung eingegangen worden. Gemäß Fig.6
wird nunmehr vorgeschlagen, die mit 10b bezeichneten Gefälleabschnitte nur etwa ebenso
lang zu machen wie die ansteigenden Leitungsabschnitte 10a. Beide Abschnitte können
jeweils eine Länge von etwa 10 bis 15 m haben, während die Höhendifferenz zwischen
den Hoch- und Tiefpunkten der Leitung etwa 10 bis 25 cm betragen kann. Bei den bekannten
Anlagen nach der DE-PS 26 41 110 waren die Gefälleabschnitte demnach 100 % länger
und das Gefälle in der Praxis oft zu schwach. Nach dem neuen Vorschlag ist immer genug
Gefälle vorhanden, um verhältnismäßig kurze Senken zu bilden, in denen sich verhältnismäßig
kleine, dennoch den Rohrquerschnitt ausfüllende Wasserpfropfen bilden können. Dieser
Vorteil besteht auch dann, wenn nicht gleichzeitig, wie oben vorgeschlagen, die Öffnungszeit
der Absperrventile selbsttätig in Abhängigkeit des schwankenden Unterdrucks in der
Abwasserleitung verstellt wird. Der Vorschlag, die Gefälleabschnitte nur etwa ebenso
lang auszubilden wie die ansteigenden Leitungsabschnitte gilt also generell für Unterdruck-Abwasseranlagen.mit
einem Wasser/Luft-Verhältnis von etwa 1:2 bis 1:15. Besonders vorteilhaft ist jedoch
die Kombination einer derartigen Leitungsverlegung mit der oben beschriebenen selbsttätigen
Steuerung der Öffnungsdauer der Absperrventile in Abhängigkeit vom Unterdruck in der
Abwasserleitung, weil dann wegen der verbesserten Druckverhältnisse in der Abwasserleitung
die Gefahr noch geringer ist, daß das beim Öffnen eines Absperrventils aus einem Hausanschluß
in die Abwasser- leitung einströmende Wasser infolge eines lokal und zeitlich begrenzt
wirksamen negativen Druckgradienten zunächst in die falsche Richtung anstatt zur Vakuumstation
hin gesaugt wird.
[0056] Die vorstehend beschriebene Art der Leitungsverlegung ist besonders geeignet in Kombination
mit dem in der DE-OS 35 25 729 beschriebenen Verfahren, wonach bei jedem Öffnungsvorgang
eines Absperrventils ein bestimmtes Luftvolumen schon vor dem Abwasser in die Unterdruckleitung
eingelassen wird und dem Abwasser von Anfang an Luft beigemischt wird. Wenn dann noch
zusätzlich an der Unterdruckleitung, insbesondere dort, wo auf größerer Länge wenig
Häuse angeschlossen sind, Drosselöffnungen mit einer Öffnungsweite von etwa 3 bis
700 mm
2 vorgesehen werden, die bei ansteigendem absoluten Druck in der Unterdruckleitung
- dieser kann in der Praxis z.B. zwischen 0,2 und 0,6 bar schwanken - zunehmend öffnen
und umgekehrt bei einem sich verstärkenden Vakuum zunehmend schließen, so daß unabhängig
von der Häufigkeit der Betätigung der Absperrventile ständig in Abhängigkeit vom Unterdruck
in der Leitung mehr oder weniger Luft in diese eingelassen wird, ist dafür gesorgt,
daß das von vornherein mit Luft durchmischte Abwasser auch in der Leitung weiterhin
ständig von Luft durchperlt wird und insgesamt das zu einem beliebigen Zeitpunkt in
den Senken der Leitung stehende, mit Luftblasen durchmischte Wasservolumen wesentlich
geringer ist als bei der früher gebräuchlichen Leitungsverlegung und dem Einlassen
der gesamten überhaupt in die Unterdruckleitung eingelassenen Luft jeweils in verhältnismäßig
großer Menge im Anschluß an jede Abwasserportion während des Öffnens der Absperrventile.
1. Verfahren zum Betreiben einer Unterdruck-Abwasseranlage mit wenigstens einer an
eine Vakuumstation angeschlossenen Unterdruck-Abwasserleitung und einer Vielzahl daran
jeweils über ein Absperrventil anschließbarer Abwasser-Sammelbehälter auf den zu entwässernden
Grundstücken, wobei jedes Absperrventil bei einem bestimmten maximalen Wasserstand
im Sammelbehälter geöffnet und nach einer bestimmten Zeitdauer, während der Abwasser
und Luft in die Abwasserleitung einströmen, wieder geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet
, daß die Schaltzeitpunkte der Absperrventile in Abhängigkeit vom Unterdruck in der
Abwasserleitung durch den Unterdruck selbst in der Weise verstellt werden, daß bei
steigendem absoluten Druck in der Abwasserleitung die einer bestimmten Abwassermenge
zugeordnete Öffnungszeit für das Einlassen von Luft in die Abwasserleitung verlängert
wird und/oder die Absperrventile bei niedrigerem Wasserstand im-Sammelbehälter geöffnet
werden.
2. Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eingesetzte Steuervorrichtung für
ein Absperrventil an einer Unterdruck-Abwasserleitung, welches durch ein Steuerventil
bei einem bestimmten maximalen Wasserstand in einem Abwasser-Sammelbehälter zu öffnen
und nach einer bestimmten Zeitdauer wieder zu schließen ist, dadurch gekennzeichnet
, daß die Öffnungszeit des Absperrventils durch einen in Abhängigkeit vom Druck in
der Unterdruck-Abwasserleitung (10) auf das Steuerventil (12, 40) wirkenden Stellantrieb
(102) veränderbar ist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Stellantrieb
(102) und der Unterdruck-Abwasserleitung (10) ein auf Druckspitzen träge reagierendes
Dämpfungsglied (104, 124) angeordnet ist.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Dämpfungsglied
eine über eine Drosselöffnung (124) mit der Unterdruck-Abwasserleitung (10) verbundene
Hohlkammer (104) ist.
5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher die Zeitdauer der
Öffnung des Absperrventils durch die Dauer der gedrosselten Belüftung eines unter
Unterdruck versetzten Hohlraums bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch ,
den Stellantrieb (102) die Öffnungsweite der Drosselöffnung (30, 120) des Hohlraums
(16) veränderbar ist.
6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welcher die Zeitdauer der
Öffnung des Absperrventils durch die Dauer der gedrosselten Belüftung eines unter
Unterdruck versetzten, im Volumen veränderlichen Hohlraums mit einer beweglichen Begrenzungswand
bestimmt ist, die mit einer dem Unterdruck entgegenwirkenden Kraft vorbelastet ist,
dadurch gekennzeichnet , daß durch den Stellantrieb der Weg der Begrenzungswand (14)
und/oder die diese belastende Kraft veränderbar ist.
7. Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eingesetzte pneumatische Steuervorrichtung
für ein Absperrventil an einer Unterdruck-Abwasserleitung, welches durch ein Steuerventil
bei einem bestimmten maximalen Wasserstand in einem Abwasser-Sammelbehälter zu öffnen
und nach einer bestimmten Zeitdauer wieder zu schließen ist, wobei das im Sammelbehälter
ansteigende Wasser direkt oder über ein in einem Steigrohr eingeschlossenes Luftvolumen
gegen eine Vorbelastung Druck auf eine Membran ausübt, durch deren Bewegung ein auf
einer verhältnismäßig kleinen Steuerfläche mit dem Unterdruck der Abwasserleitung
vorbelastetes Schaltventil umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran
(72) durch die Vorbelastung zur Wasseroberfläche hin durchgewölbt ist und etwa in
der gestreckten Mittellage das Schaltventil (78) umschaltet.
8. Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eingesetzte pneumatische Steuervorrichtung
für ein Absperrventil an einer Unterdruck-Abwasserleitung, welches durch ein Steuerventil
bei einem bestimmten maximalen Wasserstand in einem Abwasser-Sammelbehälter zu öffnen
und nach einer bestimmten Zeitdauer wieder zu schließen ist, wobei das im Sammelbehälter
ansteigende Wasser direkt oder über ein in einem Steigrohr eingeschlossenes Luftvolumen
gegen eine Vorbelastung Druck auf eine Membran ausübt, durch deren Bewegung ein auf
einer verhältnismäßig kleinen Steuerfläche mit dem Unterdruck der Abwasserleitung
vorbelastetes Schaltventil umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die wirksame
Fläche der Membran (72) höchstens etwa 60 mal so groß ist wie die mit Unterdruck belastete
Steuerfläche (96) des Schaltventils (78).
9. Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eingesetzte pneumatische Steuervorrichtung
für ein Absperrventil an einer Unterdruck-Abwasserleitung, welches durch ein Steuerventil
bei einem bestimmten maximalen Wasserstand in einem Abwasser-Sammelbehälter zu öffnen
und nach einer bestimmten Zeitdauer wieder zu schließen ist, wobei das im Sammelbehälter
ansteigende Wasser direkt oder über ein in einem Steigrohr eingeschlossenes Luftvolumen
gegen eine Vorbelastung Druck auf eine Membran ausübt, durch deren Bewegung ein auf
einer verhältnismäßig kleinen Steuerfläche mit dem Unterdruck der Abwasserleitung
vorbelastetes Schaltventil umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran
(72). durch eine mittels des Unterdrucks der Unterdruck-Abwasser- leitung erzeugte
Kraft vorbelastet ist.
10. Unterdruck-Abwasseranlage, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1, mit wenigstens einer an eine Vakuumstation angeschlossenen, abwechselnd mit ansteigenden
und Gefälleabschnitten verlegten Unterdruck-Abwasserleitung sowie einer Vielzahl daran
jeweils über ein Absperrventil anschließbarer Abwasser-Sammelbehälter auf den zu entwässernden
Grundstücken, wobei jedes Absperrventil bei einem bestimmten Wasserstand im Sammelbehälter
zu öffnen und nach einer bestimmten Zeitdauer, während der Abwasser und Luft in die
Abwasserleitung einströmen, wieder zu schließen ist, dadurch gekennzeichnet , daß
die in Fließrichtung mit Gefälle verlegten Leitungsabschnitte (10b) der Unterdruck-Abwasserleitung
(10) im Bereich der Hausanschlüsse (H) höchstens etwa 20 % länger sind als wenigstens
einer der benachbarten ansteigenden Leitungsabschnitte (10a).