DE20121708U1 - Vorrichtung zum oberflächennahen Wasserabzug, insbesondere bei der Abwassertechnik - Google Patents

Description

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Vorrichtung zum oberflächennahen Wasserabzuq, insbesondere bei der Abwassertechnik

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum oberflächennahen Wasserabzug aus einem Wasservolumen, insbesondere bei der Abwassertechnik, aufweisend folgende Merkmale:

(a) eine Schwimminsel mit mindestens einem Schwimmkörper; (b) eine von der Schwimminsel getragene Umgrenzungswand, die einen zur Atmosphäre hin offenen Raum gegen das Wasservolumen abgrenzt,

(c) mindestens eine Öffnung in der Umgrenzungswand, wobei die Umgren— zungswand derart hoch reicht und die Öffnung in einer derartigen Höhe in der Umgrenzungswand vorgesehen ist, daß beim Betrieb der Wasserabzugsvorrichtung die Umgrenzungswand den Spiegel des Wasservolumens überragt und sich die Öffnung insgesamt unterhalb des Spiegels des Wasservolumens befindet;

(d) und eine Leitung, die an den von der Umgrenzungswand umgrenzten Raum angeschlossen ist, zum Wegleiten von Wasser, das durch die Öffnung in den umgrenzten Raum geströmt ist.

Für derartige Wasserabzugsvorrichtungen ist die Bezeichnung „Dekanter" gebräuchlich.

Bei bekannten Dekantern befindet sich beim Betrieb das obere Ende der Umgrenzungswand unterhalb des Spiegels des Wasservolumens; in der Umgren— zungswand ist keine Öffnung vorhanden, insbesondere bei Schwankungen der in den umgrenzten Raum und damit in die Leitung strömenden Wassermenge, pro Zeiteinheit (wie es z.B. durch Wellen an der Oberfläche des Wasservolumens oder andere Zufälligkeiten ständig vorkommt) reagiert die Schwimminsel durch etwas tieferes Eintauchen in das Wasservolumen oder etwas höheres

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Aufschwimmen in dem Wasservolumen, weil das von der Schwimminsel getragene Gewicht variiert. Die bekannten Dekanter reagieren stark auf eine An— derung der Eintauchtiefe der Schwimminsel, weil - nach Art eines Selbstverstärkungseffekts - selbst eine recht geringe Vergrößerung der Eintauchtiefe der Schwimminsel zu einer sehr erheblichen Erhöhung des Wasserzuflusses in das Umgrenzungswand—Bauteil und damit in die Leitung führt, was wiederum die Eintauchtiefe der Schwimminsel vergrößert. Abhilfe konnte man bisher nur durch extrem große Schwimmer der Schwimminsel oder eine aufwendige, fortlaufende Regelung der Höhenposition des Umgrenzungswand-Bauteils relativ zu dem Schwimmkörper schaffen.

Durch die Erfindung wird das technische Problem gelöst, eine Wasserabzugsvorrichtung verfügbar zu machen, die bei einfachem Aufbau wesentlich weniger stark auf Änderungen in der Höhenposition der Umgrenzungswand relativ zu dem Spiegel des Wasservolumens reagiert.

Bei der erfindungsgemäßen Wasserabzugsvorrichtung strömt das abzuziehen— so de Wasser durch die Öffnung(en) in das Umgrenzungswand-Bauteil, und diese Öffnung(en) liegt(en) ein Stück unterhalb des Spiegels des Wasservolumens. Wenn die Öffnung(en) etwas tiefer unter den Spiegel des Wasservolumens kommen, erhöht sich zwar (insoweit im Prinzip ähnlich dem bekannten Dekanter) das abgezogene Wasservolumen pro Zeiteinheit, aber in entscheidend geringerem Ausmaß als bei dem bekannten Dekanter. Insofern reagiert die erfindungsgemäße Wasserabzugsvorrichtung auf Änderungen der Höhenposition des Umgrenzungswand-Bauteils relativ zum Spiegel des Wasservolumens, wie • sie im praktischen Betriebsablauf laufend vorkommen, mit wesentlich geringeren Änderungen des Wasserabzugsvolumens pro Zeiteinheit als der bekannte Dekanter. Die Wasserabzugsvorrichtung ist daher wesentlich betriebsstabiler.

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Vorzugsweise ist die Umgrenzungswand - in Draufsicht gesehen - im wesentlichen kreisförmig oder viereckig. Quadratisch ist besonders bevorzugt.

Vorzugsweise geht die Umgrenzungswand unter Verringerung des Strö— mungsquerschnitts des umgrenzten Raums in die Leitung über. Auf diese Weise hat man eine insgesamt trichterartige Konfiguration des Umgrenzungswand-Bauteils.

Vorzugsweise hat der Schwimmkörper oder haben die Schwimmkörper zusammen eine ringartige Konfiguration um das Umgrenzungswand-Bauteil. Auf diese Weise wird das Umgrenzungswand-Bauteil gleichsam symmetrisch in seiner Höhenposition gehalten. „Ringartige Konfiguration" bedeutet nicht, daß die Konfiguration zwingend gerundet-ringartig sein müßte, vielmehr soll der gewählte Begriff z.B. auch Konfigurationen nach Art eines Vierecks oder Quadrats mit zentraler Ausnehmung zur Aufnahme des Umgrenzungswand—Bauteils umfassen.

Die Öffnung(en) können prinzipiell jede beliebige Form haben. Bevorzugt ist also lerdings eine im wesentlichen rechteckige Form, ganz besonders als „liegendes Rechteck", das wesentlich breiter als hoch ist. Die lichte Höhe der Öffnung beträgt vorzugsweise 20 bis 70 mm.

Vorzugsweise sind mehrere Öffnung ringsum an der Umgrenzungswand verteilt, wobei eine gleichmäßige Verteilung und/oder Gleichheit der Öffnungen untereinander nicht zwingend sein müssen, aber bevorzugt sind. Die Öffnungen müssen auch nicht alle die gleiche lichte Höhe haben, wiewohl dies bevorzugt ist. Man kann auch gleichsam eine erste, über den Umfang verteilte Öffnungsreihe in einer ersten Höhenposition und darüber eine zweite, über den Umfang verteilte Öffnungsreihe in einer zweiten Höhenposition vorsehen; auch mehr als zwei Reihen übereinander sind möglich.

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Insgesamt am stärksten bevorzugt ist eine Reihe von Öffnungen, jeweils in der Form eines liegenden Rechtecks, die in gleicher Höhenposition angeordnet sind und die vorzugsweise alle gleiche Größe haben und vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.

Im praktischen Betrieb ist es häufig so, daß der Spiegel des Wasservolumens im Lauf der Zeit unterschiedlich hoch steht. Vorzugsweise weist die Leitung zwei Rohrabschnitte mit einer ersten gelenkigen Verbindung dazwischen auf und es ist eine zweite gelenkige Verbindung zwischen dem Umgrenzungswand-Bauteil und der Leitung oder zwischen zwei Rohrabschnitten vorgesehen. Auf diese Weise kann die Leitung Änderungen in der Höhe des Spiegels des Wasservolumens und damit auch in der absoluten Höhenpositionierung der Schwimminsel mitmachen. Es gibt allerdings andere brauchbare Lösungsmöglichkeiten für eine derartige funktionell „Flexibilität"der Leitung, insbesondere die Verwendung einer zumindest abschnittsweise in sich flexiblen Leitung oder die Verwendung einer teleskopartigen, höhenvariablen Verbindung in der Leitung beziehungsweise zwischen dem Umgrenzungswand—Bauteil und dem

no Beginn der eigentlichen Leitung.

Vorzugsweise weist die Wasserabzugsvorrichtung einen Antrieb auf, mit dem sich die Höhenposition des Umgrenzungswand—Bauteils relativ zu dem Schwimmkörper beziehungsweise den Schwimmkörpern ändern läßt, vorzugsweise zum Heraufbewegen der Öffnung beziehungsweise der Öffnungen über den Spiegel des Wasservolumens und umgekehrt. Man kann, so zu sagen zum Ausschalten des Wasserabzugs, mit diesem Antrieb das Umgrenzungswand—Bauteil so weit relativ zu der restlichen Schwimminsel anheben, daß die Öffnung(en) ganz oberhalb des Spiegels des Wasservolumens sind, so daß durch die Öffnung(en) kein Wasser mehr abgezogen wird.

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Vorzugsweise ist die Öffnung (sind die Öffnungen) in einer derartigen Höhe der Umgrenzungswand vorgesehen, daß sich beim Betrieb der Wasserabzugsvor— richtung die Oberkante der Öffnung 8 bis 20 cm unterhalb des Spiegels des Wasservolumens befindet. Dieser Distanzbereich stellt einen guten Kompromiß zwischen oberflächennahem Wasserabzug und sicherem Unter—Wasser-Sein der Öffnung(en) dar.

Vorzugsweise weist die Schwimminsel der Wasserabzugsvorrichtung eine das Umgrenzungswand-Bauteil ringartig mit Abstand umgebende Sperre auf, die beim Betrieb der Wasserabzugsvorrichtung so weit nach unten reicht, daß das Eintragen von an oder nahe der Oberfläche des Wasservolumens schwimmendem Material in den umgrenzten Raum behindert ist. "Ringartig" bedeutet nicht, daß die Sperre zwingend gerundet-ringartig sein müßte, vielmehr soll der gewählte Begriff z.B. auch Konfigurationen nach Art eines Vierecks oder Quadrats umfassen.

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Die Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels und von UO Versuchsergebnissen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Wasserabzugsvorrichtung in geschnittener Seitenansicht;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Schwimminsel der Wasserabzugsvorrichtung us von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Umgrenzungswand-Bauteils mit Wasserabzugs-Öffnungen (entsprechend Pfeil III in Fig. 2 und weggelassenen Komponenten vor der Umgrenzungswand) in vergrößertem Maßstab; und

Fig. 4 eine grafische Darstellung von Versuchsergebnissen.

In Fig. 1 ist eine Wasserabzugsvorrichtung 2, im folgenden kurz „Dekanter" 2 genannt, dargestellt, die in einem großen Becken 4 für Abwasser installiert ist. Links in Fig. 1 ist das Becken 4 abgeschnitten. Das in dem Becken 4 enthaltene Abwasser 6 stellt ein Wasservolumen dar; es hat einen Spiegel (= Oberfläche) 8.

Die Hauptbestandteile des Dekanters 2 sind eine Schwimminsel 10, ein Umgrenzungswand-Bauteil 12, eine Leitung 14 und ein Antrieb 16 zur Höhenverstellung des Umgrenzungswand—Bauteils 12.

Wie man in Fig. 2 sieht, ist die Schwimminsel 10 in Draufsicht quadratisch. Sie besitzt einen Schwimmkörper 18 (der zwar aus mehreren Einzel—Schwimmkörpern zusammengefügt ist, aber durchaus als Schwimmkörper insgesamt bezeichnet werden kann), der in seinem Zentrum eine quadratische Ausneh-

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mung 20 hat. Insgesamt hat der Schwimmkörper 18 die Konfiguration einer dicken Platte. Er kann z.B. aus geschäumtem Polystyrol bestehen.

In der Ausnehmung erkennt man einen Rahmen 22, der im wesentlichen aus vier vertikalen Stäben 24 in den vier Ecken der Ausnehmung 20, vier horizontalen Stäben 26 zwischen den vier vertikalen Stäben 24, und zwei horizontalen Diagonalstäben 28 zwischen den vier vertikalen Stäben 24 besteht. An diesem Rahmen 22 ist der Schwimmkörper 18 beziehungsweise die diesen bildenden Einzel-Schwimmkörper befestigt.

In Fig. 2 ist der in Fig. 1 erkennbare Antrieb 16 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.

In der Draufsicht der Fig. 2 innerhalb des Rahmens 22 und unterhalb der Diagonalstäbe 28 befindet sich das Umgrenzungswand—Bauteil 12, das in der Draufsicht quadratisch ist und hauptsächlich aus kräftigem Blech besteht. In Fig. 1 sieht man, daß ein Stück unterhalb des oberen Endes des Umgrenzungs— wand—Bauteils 12 Diagonalstäbe 30 vorhanden sind (die man in Fig. 2 nicht sieht, weil sie von den Diagonalstäben 28 verdeckt werden). Abgesehen von den weiter unten genauer zu beschreibenden Wasserabzugs-Öffnungen 32 ist das Umgrenzungswand-Bauteil 12 ähnlich einem Trichter gestaltet. Im oberen Bereich ist das Bauteil 12 in Draufsicht quadratisch. Weiter nach unten verkleinert der sich in einer Horizontalebene gemessene Strömungsquerschnitt immer weiter. Ganz unten hat man einen Austrittsquerschnitt 34 mit kreisrundem Strömungsquerschnitt.

Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet in Fig. 1 sind vier vertikale Führungsstangen, die oben an den Diagonalstäben 28 befestigt sind und nach unten durch Führungsbohrungen in den Diagonalstäben 30 gehen. Auf diese Weise wird das Umgrenzungswand-Bauteil zentrisch gehalten und bei

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Aufwärts- und Abwärts-Bewegungen relativ zu dem Rahmen 22 und dem Schwimmkörper 18 geführt. Die in ihrem oberen Bereich in der Draufsicht quadratische Umgrenzungswand 36 enthält insgesamt sechzehn Öffnungen 32, und zwar vier an jeder Quadratseite.

In Fig. 3 ist eine der Quadratseiten in Seitenansicht dargestellt, und man sieht die vier Öffnungen 32 dieser Quadratseite. Die Öffnungen 32 sind untereinander gleich groß und haben jeweils eine Breite von 12,5 cm und eine Höhe von 4,5 cm. Die Öffnungen 32 jeder Quadratseite haben etwas Abstand voneinander, außerdem besteht Abstand zu den Eckkanten des Quadrats. In Fig. 3 ist auch der Wasserspiegel 8 eingezeichnet. Der Abstand d zwischen dem Spiegel 8 und der gemeinsamen Oberkante der Öffnungen 32 beträgt bei diesem Ausfüh— rungsbeispiel 12 cm.

Mittels eines Verbindungsstücks 38, das Winkeländerungen in einem gewissen Bereich gelenkig zuläßt, ist an das untere Ende des Umgrenzungswand-Bauteils 12 ein erster Rohrabschnitt 40 der Leitung 14 angeschlossen. Der erste Rohrabschnitt 40 hat an seinem oberen Ende einen Bogen von etwa 80° und an seinem unteren Ende einen Bogen von etwa 20°. An dem unteren Ende des ersten Rohrabschnitts 40 ist mittels eines Verbindungsstücks 42, das Winkeländerungen in einem bestimmten Bereich gelenkig zuläßt, ein zweiter Rohrabschnitt 44 der Leitung 14 angeschlossen. Der zweite Rohrabschnitt 44 führt durch die Wand des Beckens 4 nach außen. Durch die Leitung 14 mit den zugeordneten Verbindungsstücken 38 und 42 kann das Wasser, das durch die Öffnungen 32 in den von der Umgrenzungswand 36 umgrenzten Raum 46 geströmt ist, nach außerhalb des Beckens 4 fließen. Dieses Wasser wird also von dem Wasservolumen 6 oberflächennah abgezogen. Die gelenkigen Verbindungsstücke 38 und 42 ermöglichen es, daß der Dekanter 2 bei unterschiedlich hohen Wasserspiegeln 8 betrieben werden kann. In Fig. 1 ist der Zustand nahe der maximalen Höhe des Spiegels 8 gezeichnet. Der Betrieb ist etwa bis zu ei-

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ner Spiegelhöhe entsprechend der halben Beckenhöhe möglich. Die Details hängen von dem Bewegungswinkelbereich der Verbindungsstücke 38 und 42 und deren Anordnung ab.

In Fig. 1 erkennt man außerdem eine vertikale Wand 60, die an den vertikalen Stäben 24 befestigt ist. Die Wand 60 besteht aus kräftigem Blech. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel endet die Wand 60 oben anstoßend gegen die Unterseite des Schwimmkörpers 18. Alternativ ist es möglich, das obere Ende der Wand 60 weiter nach oben hinaufzuziehen, insbesondere bis oberhalb des Spiegels 8. Unten endet die Wand 60 einen Abstand D von dem Spiegel 8. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ist die Konfiguration so, daß das untere Ende der Wand 60 weiter unten ist als die Öffnungen 32.

Die Wand 60, ggf. zusammen mit dem Schwimmkörper 18, bildet eine Sperre, die das Eintragen von an oder nahe der Oberfläche des Wasservolumens 6 schwimmendem Material in die Öffnungen 32 und damit in den umgrenzten Raum 46 behindert. Im Fall von Abwasser will man insbesondere das Eintragen von Schwimmschlamm in die Leitung 14 verhindern.

In Fig. 4 sind Meßwerte in einem Diagramm ,Ausflußmenge pro Zeiteinheit über Eintauchtiefe der Oberkante der Ausflußöffnungen" aufgetragen, und zwar genau mit den sechzehn Öffnungen 32 in der Größe und Anordnung wie weiter oben geschildert. Mit einem Pfeil P ist die weiter vorne angesprochene Eintauchtiefe von 12 cm markiert. Man sieht, daß sich bei einer Änderung der Eintauchtiefe d um ± 3 cm die Ausflußmenge um weniger als ± 12 % ändert. Größere Änderungen der Eintauchtiefe als um ± 3 cm kommen in der Praxis kaum vor, aber das Diagramm der Fig. 4 soll die physikalischen Verhältnisse für einen sehr großen Bereich der Eintauchtiefe vor Augen führen.

Schließlich wird noch auf den Antrieb 16 eingegangen. Die wesentlichsten Bauteile des Antriebs 16 sind ein vertikales Führungsrohr 50, das am Kreuzungspunkt der

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Diagonalstäbe 28 an diesen befestigt ist, eine vertikale Antriebsstange 52, die am Kreuzungspunkt der Diagonalstäbe 30 an diesen befestigt ist, und ein Elektromotor 54 mit Getriebe, der oben auf dem Führungsrohr 50 befestigt ist und auf die Antriebsstange 52 arbeitet, z.B. nach Art eines Spindelantriebs, welcher die Drehbewegung einer Mutter in eine Hubbewegung der Antriebsstange 52 umsetzt. Mittels des Antriebs 16 läßt sich das Umgrenzungswand-Bauteil so weit relativ zu dem Rahmen 22 anheben, daß die Öffnungen 32 erheblich oberhalb des Spiegels 8 sind. In diesem Zustand wird kein Wasser mehr aus dem Becken 4 abgezogen.

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Claims (10)

1. Vorrichtung zum oberflächennahen Wasserabzug aus einem Wasservolumen (6), insbesondere bei der Abwassertechnik, aufweisend folgende Merkmale:

a) eine Schwimminsel (10) mit mindestens einem Schwimmkörper (18);

b) eine von der Schwimminsel (10) getragene Umgrenzungswand (36), die einen zur Atmosphäre hin offenen Raum (46) gegen das Wasservolumen (6) abgrenzt;

c) mindestens eine Öffnung (32) in der Umgrenzungswand (36), wobei die Umgrenzungswand (36) derart hoch reicht und die Öffnung (32) in einer derartigen Höhe in der Umgrenzungswand (36) vorgesehen ist, daß beim Betrieb der Wasserabzugsvorrichtung (2) die Umgrenzungswand (36) den Spiegel (8) des Wasservolumens (6) überragt und sich die Öffnung (32) insgesamt unterhalb des Spiegels (8) des Wasservolumens (6) befindet;

d) und eine Leitung (14), die an den von der Umgrenzungswand (36) umgrenzten Raum (46) angeschlossen ist, zum Wegleiten von Wasser, das durch die Öffnung (32) in den umgrenzten Raum (46) geströmt ist,

dadurch gekennzeichnet,

a) daß ein elektromechanischer Antrieb (16) vorgesehen ist, mit dem sich die Höhenposition des Umgrenzungswand-Bauteils (12) relativ zu dem Schwimmkörper (18) ändern läßt zum Heraufbewegen der Öffnung (32) über den Spiegel (8) des Wasservolumens (6) und umgekehrt.

2. Wasserabzugsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgrenzungswand (36) - in Draufsicht gesehen - im wesentlichen kreisförmig oder viereckig ist.

3. Wasserabzugsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgrenzungswand (36) unter Verringerung des Strömungsquerschnitts des umgrenzten Raums (46) in die Leitung (14) übergeht.

4. Wasserabzugsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper (18) oder die Schwimmkörper zusammen eine ringartige Konfiguration um das Umgrenzungswand-Bauteil (12) haben.

5. Wasserabzugsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (32) im wesentlichen rechteckig ist.

6. Wasserabzugsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (32) 20 bis 70 mm hoch ist.

7. Wasserabzugsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Öffnungen (32) ringsum an der Umgrenzungswand (36) verteilt sind.

8. Wasserabzugsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (14) zwei Rohrabschnitte (40, 44) mit einer ersten gelenkigen Verbindung (42) dazwischen aufweist; und daß eine zweite gelenkige Verbindung (38) zwischen dem Umgrenzungswand- Bauteil (12) und der Leitung (14) oder zwischen zwei Rohrabschnitten der Leitung vorgesehen ist.

9. Wasserabzugsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (32) in einer derartigen Höhe in der Umgrenzungswand (36) vorgesehen ist, daß sich beim Betrieb der Wasserabzugsvorrichtung (2) die Oberkante der Öffnung (32) 8 bis 20 cm unterhalb des Spiegels (8) des Wasservolumens (6) befindet.

10. Wasserabzugsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimminsel (10) eine das Umgrenzungswand-Bauteil (12) ringartig mit Abstand umgebende Sperre (60) aufweist, die beim Betrieb der Wasserabzugsvorrichtung (2) so weit nach unten reicht, daß das Eintragen von an oder nahe der Oberfläche des Wasservolumens (6) schwimmendem Material in den umgrenzten Raum (46) behindert ist.