EP2639459B1

EP2639459B1 - Fördervorrichtung für Flüssig-Fest-Suspensionen

Info

Publication number: EP2639459B1
Application number: EP20120159309
Authority: EP
Inventors: Thomas Sagel
Original assignee: Vauth Sagel Holding GmbH and Co KG
Current assignee: Vauth Sagel Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: EP2639459A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fördervorrichtung für Flüssig-Fest-Suspensionen, insbesondere für Abwasser aus einer Toilette, mit dem Merkmal des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Wenn in der folgenden Beschreibung der Begriff "Abwasser", insbesondere in der Form "Abwasser aus einer oder der Toilette" verwendet wird, so steht er dabei synonym für den Begriff "Flüssig-Fest-Suspension". D. h., auch wenn bestimmte Erklärungen nur im Zusammenhang mit Abwasser gegeben werden, gelten sie genauso für andere Flüssig-Fest-Suspensionen.
Bei herkömmlichen Toiletten in festen Gebäuden wird das Abwasser, in dem sich verschiedene Feststoffe befinden können, durch Wasserströmung und Schwerkraft in einen Abwasserkanal überführt und gelangt von dort in eine Kläranlage. Bei Toiletten in Fahrzeugen, wie beispielsweise Wohnwagen, Bussen, Zügen, Schiffen und Flugzeugen, steht häufig nicht ausreichend Spülwasser zur Verfügung, und insbesondere ist kein Anschluss an einen Abwasserkanal vorhanden. Hier sind daher häufig Fördervorrichtungen notwendig, die das mit Feststoffen belastete Abwasser aus einer Toilette abführen, um es z. B. in einen Sammelbehälter zu überführen. Auch bei nachträglich in festen Gebäuden installierten Toiletten sind derartige Fördervorrichtungen hilfreich, wenn für die Abfuhr von Feststoffen mit Spülwasser und Schwerkraft keine ausreichend großen Rohrquerschnitte zur Verfügung stehen.
Wenn die Erfindung hier als "Fördervorrichtung" bezeichnet wird, so schließt dies nicht aus, dass sie auch eine wesentliche Funktion in der Zerkleinerung in der Flüssig-Fest-Suspension enthaltenen Feststoffe hat. Dies ist bei einer Fördervorrichtung für Abwasser aus einer Toilette häufig Voraussetzung dafür, dass das Abwasser durch ein Leitungsrohr mit einem vergleichsweise kleinen Leitungsquerschnitt störungsfrei hindurchgefördert werden kann.

STAND DER TECHNIK

Aus der DE 2002 589 A ist ein Zerkleinerungs- und Abführzusatz für Klosettbecken bekannt. Dieser weist am Grund eines unten geschlossenen Rohrabschnitts, an den ein Klosett wie sonst an ein Fallrohr angeschlossen ist, zwei übereinander angeordnete Rotoren auf, die drehfest auf einer gemeinsamen, vertikal ausgerichteten Antriebswelle angeordnet sind. Die Antriebswelle führt zu einem oberhalb des von Abwasser aus der Toilette durchströmten Rohrabschnitts angeordneten Antriebsmotor. Der obere Rotor weist vier Rotorblätter auf, die das Abwasser nach unten ansaugen. Darunter liegen feststehende Schneidmesser, die in dem Abwasser enthaltene Feststoffe zerkleinern sollen. Eine Zerkleinerungswirkung sollen auch die Vorderkanten der Rotorblätter hervorrufen. Zudem tritt eine Scherwirkung zwischen den Rotorblättern und den feststehenden Schneidmessern auf. Mit Abstand zu den Schneidmessern liegt der untere Rotor. Dieser umfasst ein Paar von Rotorblättern und ein Paar von Flügeln, mit denen Zentrifugalkräfte auf das Abwasser aufgebracht werden, um es mit den enthaltenen Feststoffen in eine tangential von dem Rohrabschnitt abgehende Abflussrohrleitung hineinzubewegen. Die Rotorblätter des unteren Rotors sorgen dabei für eine weitere Zerkleinerung der Feststoffe in dem Abwasser und für eine Beschleunigung des Abwassers nach unten. Die Flügel beschleunigen das Abwasser in Umfangsrichtung und radial zu der gemeinsamen Antriebswelle.
Bei dem bekannten Zerkleinerungs- und Abführzusatz für Klosettbecken stellt sich als nachteilig heraus, dass die Rotoren den freien Querschnitt des Rohrabschnitts verringern und allein dadurch die Gefahr einer Verstopfung durch in dem Abwasser von der Toilette enthaltenen Feststoffen setzen. Diese Gefahr wird durch die feststehenden Zerkleinerungsmesser noch erhöht. Hier besteht überdies die Gefahr, dass sich Feststoffe zwischen den Zerkleinerungsmessern und den zwecks Beschleunigung des Abwassers auf die Zerkleinerungsmesser hin angestellten Rotorblättern des oberen Rotors verkeilen. Eine Umkehrbarkeit der Drehrichtung der Antriebswelle zur Beseitigung von Verstopfungen des Zerkleinerungs- und Abführzusatzes ist in der DE 2 002 589 A nicht beschrieben. Es ist auch zweifelhaft, ob sie zu einem Erfolg führen könnte, weil sie nur schwerlich an den feststehenden Zerkleinerungsmessern anhaftende Feststoffe ablösen könnte. Sollte diese Ablösung gelingen, würden diese Feststoffe zurück in Richtung des Klosetts gefördert. Beim nächsten Vorwärtslauf der Antriebswelle bestünde dann die Gefahr, dass sie sich erneut an den Zerkleinerungsmessern festsetzt. Die bei dem bekannten Zerkleinerungs- und Abführzusatz auf Höhe des unteren Rotors abgehende Abflussrohrleitung neigt ebenfalls zum Verstopfen, und zwar dort, wo ihr Umfang erstmalig gegenüber dem Rohrabschnitt vollständig abgegrenzt ist, d. h. an ihrer eigentlichen Austrittsöffnung aus dem Rohrabschnitt. Hier verstopfende Feststoffe würden zwar bei einem Rückwärtslauf der Antriebswelle von dem Flügel des unteren Rotors entfernt. Bei einem neuerlichen Vorwärtslauf bestünde aber die erhebliche Gefahr, dass sie die Austrittsöffnung erneut verstopfen.
Aus der EP 1 464 764 A1 ist eine Toilettenanlage, insbesondere für den mobilen Einsatz in einem Wohnmobil, einem Caravan oder einem Boot, bekannt. Diese Toilettenanlage weist eine Fördervorrichtung für Abwasser aus einer Toilette auf. In der Fördervorrichtung tritt das Abwasser in eine Beschleunigungskammer ein, deren freier Querschnitt gegenüber dem Zulauf erweitert ist. Das Abwasser trifft dann in der Beschleunigungskammer auf einen um eine vertikale Rotorachse angetriebenen Rotor, der den freien Querschnitt der Beschleunigungskammer mit seinen Rotorblättern im Wesentlichen überspannt. Die Rotorblätter grenzen in Umfangsrichtung um die Rotorachse dicht aneinander an. Sie sind zur Beschleunigung des Abwassers nach unten vorgesehen und sollen dabei die in dem Abwasser enthaltenen Feststoffe zerkleinern. Der Antrieb des Rotors ist für eine vergleichsweise hohe Drehzahl von 2.500 bis 2.800 U/min ausgelegt. Der unterhalb des Rotors liegende Boden der Beschleunigungskammer ist wendelförmig ausgebildet und endet in einem tangential abgehenden Ablauf für das Abwasser. Der obere Rand der Begrenzung des Ablaufs stellt dabei eine Störkante dar, an der sich Feststoffe ablagern können, die zu einer Verstopfung des Ablaufs und/oder zu einem Blockieren des Rotors führen.
Die freien Durchtrittsquerschnitte der Beschleunigungskammer auf Höhe des Rotors sind vergleichsweise klein. Daher besteht die Gefahr, dass größere Feststoffe in dem Abwasser mit der von dem Rotor hervorgerufenen Strömung des Flüssiganteils an den Rotor angesaugt werden und diesen verstopfen. Eine derartige Verstopfung kann vielfach nur durch Öffnen der Beschleunigungskammer beseitigt werden. Eine Umkehrung der Drehrichtung des Rotors um die Rotorachse, die in der EP 1 464 764 A1 nicht angesprochen ist, könnte zwar eine Verstopfung des Ablaufs aus der Beschleunigungskammer aufheben. Dann bestünde jedoch die Gefahr, dass die abgelösten Feststoffe den Rotor blockieren. Zudem würde eine durch Rückwärtsdrehen des Rotors verursachte Strömung des Abwassers sich bis in die Toilette hinein erstrecken und möglicherweise sogar aus dieser austreten.
Aus der EP 1 464 764 A1 ist es auch bekannt, dass eine an den Ablauf aus der Beschleunigungskammer anschließende Abwasserleitung durch eine horizontale Ebene mit einer Abflussöffnung eines Toilettenbeckens der Toilettenanlage führt und dass die Fördereinrichtung mit dem Rotor und dem Zulauf zu ihrer Beschleunigungskammer unterhalb dieser Ebene angeordnet ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass der gesamte Inhalt des Toilettenbeckens mit der Fördereinrichtung an- bzw. abgesaugt werden kann. Nach der Betätigung der Ansaugeinheit verbleiben somit keine Rückstände von verschmutztem Wasser, Fäkalien oder Papier im Bereich des Toilettenbeckens. Zudem bildet sich ein Geruchsverschluss durch Wasser aus, das unter dem Rotor stehen bleibt und aus dem nach oben gerichteten Teil der Abwasserleitung zurückfließt.
In der US 4,780,053 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pumpen von faserigen Suspensionen offenbart, bei der größere Feststoffe der Suspension durch zwei auf einem gemeinsamen Antrieb angeordneten Rotoren zerkleinert werden. Der erste Rotor ist im Bereich des Zulaufs angeordnet und erstreckt sich bis in den Bereich eines Vorlagebehälters hinein. Dabei weist der erste Rotor Rippen auf, die sich nicht über den gesamten Radius des Zulaufs erstrecken. Um eine ausreichende Zerkleinerung größerer Feststoffe zu erzielen, weist der Bereich des Zulaufs, in dem der erste Rotor angeordnet ist, keinen kreisförmigen Querschnitt auf, sondern ist beispielsweise durch feststehende und radial nach innen vorspringende Rippen eingeengt. Durch das Zusammenwirken dieser feststehenden Rippen mit den umlaufenden Rippen des ersten Rotors wirken große Scherkräfte, die zum Zerkleinern der Feststoffe in der Suspension führen. Der zweite Rotor ist im Bereich einer Beschleunigungskammer angeordnet, die sich von dem Zulauf aus glockenförmig erweitert. Indem der zweite Rotor als Flügelrad ausgebildet ist, wird eine Beschleunigung der Suspension in radialer Richtung und damit in Richtung des Ablaufs erreicht.
Die US 5,039,320 A betrifft eine Vorrichtung zum Verflüssigen, Entgasen und Pumpen einer Suspension von faserigem Cellulosematerial. Die Vorrichtung weist hierzu zwei hintereinander angeordnete Rotoren auf, die in einer Beschleunigungskammer angeordnet sind. Der erste der beiden Rotoren, der sich über einen Bereich des Zulaufs bis in einen Vorratsbehälter erstreckt, weist Flügel mit einem kleineren Durchmesser als die Flügel des zweiten Rotors auf, um hierdurch mehr Raum für größere Feststoffe freizugeben, die dann sukzessive zunächst durch den ersten Rotor und dann durch den zweiten Rotor zerkleinert werden.
In der US 6,464,454 B1 ist eine Zentrifugalpumpe offenbart, bei der sich die Flügel eines Rotors, welcher grundsätzlich in einer Beschleunigungskammer angeordnet ist, bis in den Bereich eines Zulaufs zu der Beschleunigungskammer fortsetzen. Dadurch soll erreicht werden, dass sich größere Feststoffe nicht zwischen Flügeln im Bereich der Beschleunigungskammer festsetzen, sondern schon durch die Wirkung der Flügel im Bereich des Zulaufs in Richtung des Ablaufs beaufschlagt werden. Zusätzlich können weitere Flügel zwischen den verlängerten Flügeln angeordnet sein, die sich nur über den Bereich der Beschleunigungskammer erstrecken. Alle Flügel enden im Abstand vor der Wand der Beschleunigungskammer, sodass ein Freiraum zwischen den Flügeln und der Wand der Beschleunigungskammer gegeben ist. Damit soll einem Festsetzen von Feststoffen zwischen den Flügeln und der Wand entgegengewirkt werden.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fördervorrichtung für Flüssig-Fest-Suspensionen aufzuzeigen, bei der die Gefahr von Verstopfungen durch größere Feststoffe konstruktionsbedingt deutlich reduziert ist. Darüber hinaus soll es möglich sein, dennoch aufgetretene Verstopfungen der Fördervorrichtung durch gröbere Feststoffe gezielt zu beseitigen, ohne die Fördervorrichtung öffnen zu müssen oder ohne dass die verstopfenden Feststoffe in den Bereich einer angeschlossenen Toilette zurückgelangen.

LÖSUNG

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Fördervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung sind den abhängigen Patentansprüchen definiert. Der Patentanspruch 20 ist auf eine Toilette mit einer erfindungsgemäßen Fördervorrichtung gerichtet.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine erfindungsgemäße Fördervorrichtung für Flüssig-Fest-Suspensionen, insbesondere für Abwasser aus einer Toilette, weist eine Beschleunigungskammer, einen in der Beschleunigungskammer um eine Rotorachse drehangetriebenen ersten Rotor, der mehrere Flügel aufweist, deren beiden Haupterstreckungsrichtungen axial und radial zu der Rotorachse verlaufen, und einen um die Rotorachse drehangetriebenen zweiten Rotor, wobei der Rotor radial zu der Rotorachse ausgerichtete Rotorblätter aufweist, auf. Ein Zulauf für das Abwasser mündet bezogen auf die Rotorachse axial in die Beschleunigungskammer ein. Die Beschleunigungskammer erweitert sich von der Einmündung des Zulaufs glockenförmig. Der erste Rotor ist auf der dem Zulauf zugekehrten Seite des zweiten Rotors angeordnet, wobei die Flügel des ersten Rotors einen freien Abstand zu einer Innenwand der Beschleunigungskammer von mindestens 33 % der maximalen radialen Erstreckung der Flügel aufweisen. Der Ablauf für das Abwasser geht bezogen auf die Rotorachse tangential von der Beschleunigungskammer ab.
Bei der neuen Fördervorrichtung stehen für das Abwasser und die in diesem enthaltenen Feststoffe große freie Durchtrittsquerschnitte in der Beschleunigungskammer zur Verfügung. Der erste Rotor, der der Einmündung des Zulaufs in die Beschleunigungskammer zugewandt ist, weist dazu einen vergleichsweise großen freien Abstand zu der ihm nächsten Innenwand der Beschleunigungskammer auf. Vorzugsweise bleibt dieser freie Abstand zu der Innenwand der sich hier glockenförmig erweiternden Beschleunigungskammer im Wesentlichen gleich, und ein von den Flügeln des dem axialen Zulauf zugekehrten ersten Rotors überstrichenes Volumen ist entsprechend abgerundet. Zudem ruft der erste Rotor bei seiner Rotation um die Rotorachse eine Zentrifugalkraft auf das in die Beschleunigungskammer einströmende Abwasser auf, die das Abwasser und die in ihm enthaltenen Feststoffe über den gesamten Querschnitt der Beschleunigungskammer verteilt. Derart aufgeteilt gelangt das Abwasser und gelangen die in ihm enthaltenen Feststoffe in den Einwirkungsbereich des nächsten Rotors. Erst die Rotorblätter dieses zweiten Rotors wirken auf größere Bestandteile der in dem Abwasser enthaltenen Feststoffe im Sinne einer Zerkleinerung ein. Dabei treffen diese Feststoffe aufgrund der Aufteilung des Abwassers mit Hilfe des dem Zulauf zugewandten Rotors mit den Flügeln nicht massiert, sondern vereinzelt auf die Rotorblätter und werden so leichter von diesen zerkleinert.
Bei der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung ist eine Drehantriebsrichtung der Rotoren um die Rotorachse umkehrbar. Wichtig ist dabei eigentlich nur die Umkehrbarkeit der Drehantriebsrichtung des zweiten Rotors mit den Rotorblättern, weil nur durch diese Drehantriebsrichtungsumkehr die Förderrichtung der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung in Bezug auf den Ablauf des Abwassers aus der Beschleunigungskammer umgekehrt wird. Die Funktion des dem Zulauf des Abwassers in die Beschleunigungskammer zugekehrten ersten Rotors ist von seiner Drehrichtung im Wesentlichen unabhängig. Diese Unabhängigkeit der Funktionsweise des Rotors mit den Flügeln führt auch dazu, dass das Abwasser und insbesondere die in ihm enthaltenen Feststoffe bei der Änderung der Drehantriebsrichtung des zweiten Rotors mit den Rotorblättern nicht in Rückwärtsrichtung durch den Zulauf aus der Beschleunigungskammer austreten. Vielmehr wird das Abwasser durch den ersten Rotor mit den Flügeln im glockenförmigen Bereich der Beschleunigungskammer immer nach außen beschleunigt und dort von der Innenwand auf den zweiten Rotor mit den Rotorblättern umgelenkt. Die Rotorblätter dieses Rotors schlagen einerseits auf in dem Abwasser enthaltene Feststoffe und zerteilen diese und beschleunigen andererseits wieder in den Bereich des Rotors mit den Flügeln. So bildet sich in der Beschleunigungskammer eine heftige Umlaufströmung des Abwassers aus, die selbst für sich genommen, aufgrund der in ihr wirkenden Scherkräfte, eine erhebliche zerkleinernde Wirkung auf in dem Abwasser enthaltene Feststoffe hat. Hinzukommt die zerkleinernde Wirkung der mit dem zweiten Rotor schnell umlaufenden Rotorblätter. Wenn also durch Drehrichtungsumkehr der Rotoren bei der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung eine Verstopfung durch Feststoffe im Bereich des Ablaufs aus der Beschleunigungskammer aufgelöst wird, werden diese Feststoffe mit höchster Wahrscheinlichkeit so zerkleinert, dass sie beim anschließenden Antrieb der Rotoren in normaler Abförderrichtung problemlos in den Ablauf eintreten und abgeführt werden.
Die Drehrichtungsumkehr kann bei der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung manuell durch Betätigen eines Betätigungselements ausgelöst werden, wenn beispielsweise der Benutzer auf akustischem Wege, dass ein Drehantrieb für die Rotoren nicht die übliche Drehzahl erreicht oder optischem Wege feststellt, dass das Abwasser nicht mehr aus einer an die Fördervorrichtung angeschlossenen Toilette abgesaugt wird. Das Betätigen des Betätigungselements löst vorzugsweise den Rückwärtslauf der Rotoren für einen vorgegebenen Zeitraum und das anschließende erneute Umschalten auf die normale Drehrichtung der Rotoren aus.
Der Umkehrbetrieb der Rotoren kann auch durch eine Steuerung nach Bedarf automatisch ausgelöst werden, wenn beispielsweise ein Anstieg des Stroms, mit dem ein Elektromotor als Drehantrieb für die Rotoren betrieben wird, festgestellt wird. Eine derartige Veränderung des Stroms kann z. B. als Hinweis auf eine erhöhte Leistungsaufnahme interpretiert werden, die wiederum ein Indiz für eine Verstopfung der Beschleunigungskammer ist. Der Umkehrbetrieb kann auch regelmäßig durchgeführt werden, beispielsweise im Falle der Verwendung der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung für das Abwasser aus einer Toilette im Rahmen jeder Toilettenspülung.
Ein in axialer Richtung der Rotorachse förderndes Moment und eine ausgeprägte Verwirbelung der Flüssig-Fest-Suspension in der Beschleunigungskammer beim Rückwärtslauf der Rotoren ergibt sich, indem die Rotorblätter mit ihren Haupterstreckungsebenen relativ zu ihrer Rotationsebene um die Rotorachse geneigt ausgerichtet sind. Dabei sind sie gleichsinnig und gleich stark geneigt, so dass sich eine drehsymmetrische Anordnung der Rotorblätter in ihrer Gesamtheit ergibt. Eine zusätzliche Neigung der Rotorblätter zu der Rotorachse ist möglich, aber nicht notwendig.
Bei einer neuen Fördervorrichtung können für die beiden Rotoren getrennte Drehantriebe vorgesehen sein. Diese ermöglicht es beispielsweise, die Rotoren auf unterschiedliche Drehzahlen und/oder unterschiedliche Drehrichtungen anzusteuern. In einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen der erste Rotor und der zweite jedoch einen gemeinsamen Drehantrieb auf. Selbst bei einem gemeinsamen Drehantrieb können noch unterschiedliche Drehrichtungen und Drehzahlen durch ein zwischen den beiden Rotoren wirksames Getriebe realisiert werden. Praktischerweise werden der erste Rotor und der zweite Rotor jedoch drehfest miteinander verbunden. Insbesondere kann es sich um zwei Bereiche eines starren Bauteils handeln, das hier auch als Rotoreinheit bezeichnet wird. Dieses Bauteil kann in einem einzigen Herstellungsschritt hergestellt sein. Dabei kann es sich jedoch als günstig erweisen, die Rotorblätter des zweiten Rotors aus einem abriebfesteren Material auszubilden und beispielsweise in eine Kunststoffspritzform einzulegen, in der sie dann zur Ausbildung des restlichen, beide Rotoren ausbildenden Bauteils mit Kunststoff umspritzt werden und so ihre Verankerung erfahren.
Da bei der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung der Rotor mit den Rotorblättern vorzugsweise in beiden Drehrichtungen um die Rotorachse drehantreibbar ist, sind die Vorderkante und die Hinterkante jedes Rotorblatts vorzugsweise als Schneidkanten ausgebildet, wobei es mit der als Schneidkante ausgebildeten Vorderkante Feststoffe in der Flüssig-Fest-Suspension beim Lauf des Rotors in normaler Abförderrichtung und mit der als Schneidkante ausgebildeten Hinterkante Feststoffe beim Rückwärtslauf zerteilt.
Damit auch größere Festkörper sich nicht zwischen den Rotorblättern festsetzen können, sondern mit der Strömung der Flüssig-Fest-Suspension zwischen die Rotorblätter des schnell laufenden Rotors gelangen können, weisen die Rotorblätter in Umfangsrichtung um die Rotorachse vorzugsweise einen Abstand auf, der mindestens der maximalen Breite der Rotorblätter entspricht, und die Anzahl der Rotorblätter ist nicht größer als sechs. Vorzugsweise liegt sie zwischen drei und fünf. Am meisten bevorzugt sind vier Rotorblätter vorgesehen.
Die Anzahl der Flügel des anderen Rotors ist vorzugsweise genauso groß wie die Anzahl der Rotorblätter, d. h. sie beträgt zwei bis sechs, vorzugsweise drei bis fünf und am meisten bevorzugt ebenfalls vier.
Weiterhin ist ein maximaler Außenumfang der Flügel vorzugsweise gleich groß wie ein Außenumfang einer Nabe des Rotors, von dem die Rotorblätter radial abstehen. D. h., in einer axialen Projektion überlagern sich die von den Rotorblättern und den Flügeln überstrichenen Ring- bzw. Kreisflächen nicht. So können die beiden Rotoren in der Beschleunigungskammer getrennte Teilströmungen in Richtung auf den jeweils anderen Rotor bzw. zum Ablauf aus der Beschleunigungskammer ausbilden.
Wenn Freiräume in Umfangsrichtung um die Rotorachse zwischen den Flügeln des einen Rotors in Freiräume in Umfangsrichtung um die Rotorachse zwischen den Rotorblättern des anderen Rotors übergehen, sind in der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung Durchtritte mit maximalem freien Querschnitt für größere Feststoffe bis in den Bereich des Rotors mit den Rotorblättern vorhanden, wo sie von den schnell laufenden Rotorblättern zerkleinert werden.
Es wurde bereits angesprochen, dass der freie Abstand der Flügel bei der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung von der Innenwand der Beschleunigungskammer mindestens ein Drittel der maximalen radialen Erstreckung der Flügel ausmacht. Vorzugsweise beträgt dieser freie Abstand mindestens 50 %, noch mehr bevorzugt 100 % der maximalen radialen Erstreckung der Flügel. Dennoch bestimmt der Rotor mit den Flügeln auch die Durchströmung dieses Freiraums. Dies gilt zumindest dann, wenn er, wie es bei der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung vorgesehen ist, mit Drehzahlen der Größenordnung 2.000 U/min und mehr angetrieben wird.
Der Ablauf für das Abwasser aus der Beschleunigungskammer liegt bei der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung vorzugsweise auf der dem Zulauf abgekehrten Seite des zweiten Rotors mit den Rotorblättern, d. h. nicht am Außenumfang dieses Rotors. Hierdurch verbessert sich die Reinigungswirkung des Rotors mit den Rotorblättern in Bezug auf Feststoffe, die sich am Austritt des Ablaufs aus der Beschleunigungskammer ablagern können, und die beim Rückwärtslauf des Rotors mit den Rotorblättern nicht nur von den Spitzen der Rotorblätter, sondern deren gesamten Schneidkanten erfasst werden.
Wenn eine axiale Stirnfläche der Beschleunigungskammer auf der dem Ablauf zugekehrten Seite des Rotors einen um die Rotorachse wendelförmig Abschnitt aufweist, der mit einem Sprung der Stirnfläche endet, in dessen Bereich der Ablauf von der Beschleunigungskammer abgeht, wird die Flüssig-Fest-Suspension von dem Rotor mit den Rotorblättern in diesen in Richtung der Rotorachse neben dem Rotor liegenden Ablauf hinein gefördert. Dabei ist jedoch die obere Begrenzung des Ablaufs eine unvermeidbare Störkante, an der sich Feststoffe absetzen können. Durch Umkehrung der Drehrichtung des Rotors mit den Rotorblättern können diese Feststoffe jedoch von der Störkante abgenommen werden. Bei dieser umgekehrten Drehrichtung weist die axiale Stirnfläche der Beschleunigungskammer auf der Ablaufseite durch ihren wendelförmigen Verlauf keine zwangsläufige Störkante auf. Damit wird vermieden, dass die abgelösten Feststoffe den Rotor bei seinem Rückwärtslauf blockieren.
Zwischen dem zweiten Rotor und einer angrenzenden Innenwand der Beschleunigungskammer kann eine Labyrinthdichtung vorgesehen sein, um das Eindringen von festen Bestandteilen, in den Bereich einer Durchführung für eine Antriebswelle für die Rotoren in die Beschleunigungskammer zu vermeiden. Hiermit wird insbesondere vermieden, dass fasrige Objekte bis zu der Antriebswelle des zweiten Rotors vordringen und sich auf dieser festwickeln.
Wenn die erfindungsgemäße Fördervorrichtung für das Abwasser aus einer Toilette vorgesehen wird, kann der Zulauf zu der Beschleunigungskammer am tiefsten Punkt eines Toilettenbeckens der Toilette liegen. D. h., die Fördervorrichtung ist dann bei einer Toilette vorgesehen, die kein Wasserklosett mit einem wassergefüllten U-Rohr ist. Dies ist Voraussetzung dafür, dass die Toilette zum einen mit wenig Spülwasser auskommt und zum anderen die Gefahr des Verschüttens von Wasser bei stärkeren Bewegungen der Toilette, wie beispielsweise an Bord eines Schiffs vermieden wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile von allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.

Fig. 1: ist ein Schnitt durch die erfindungsgemäße Fördervorrichtung längs deren Rotorachse, wobei diese Rotorachse vertikal ausgerichtet ist.
Fig. 2: ist eine perspektivische Ansicht der als Einheit ausgebildeten Rotoren der Fördervorrichtung gemäß Fig. 1.
Fig. 3: ist eine perspektivische Ansicht von oben in die geöffnete Beschleunigungskammer der Fördervorrichtung gemäß Fig. 1 mit Blick auf deren ablaufseitige Stirnfläche; und
Fig. 4: ist ein Vertikalschnitt durch eine mit der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung ausgestattete Toilette.

FIGURENBESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt eine Fördervorrichtung 1 für eine Flüssig-Fest-Suspension 2, die über einen Zulauf 3 von oben in eine Beschleunigungskammer 4 gelangt. In der Beschleunigungskammer 4 ist eine Rotoreinheit 5 angeordnet. Die Rotoreinheit 5 ist mit einem in den Figuren nicht dargestellten Drehantrieb um eine vertikale Rotorachse 6 antreibbar, und zwar in beide Drehrichtungen um die Rotorachse 6.
Die Rotoreinheit 5 ist in Fig. 2 separat dargestellt und umfasst zwei in Richtung der Rotorachse 6 hintereinander geschaltete Rotoren 7 und 8. Der hier oben liegende und in Fig. 1 dem Zulauf 3 zugekehrte Rotor 7 weist vier Flügel 9 auf, die sich mit ihren Haupterstreckungsrichtungen axial und radial zu der Rotorachse 6 erstrecken. Der maximale Durchmesser des Rotors 7 mit den Flügeln 9 ist dabei genauso groß wie der Durchmesser einer Nabe 10 des Rotors 8, von der vier Rotorblätter 11 radial abstehen. Dabei fallen in Umfangsrichtung um die Rotorachse 6 die Flügel 9 ungefähr in den Bereich von Hinterkanten 12 der Rotorblätter 11, die von diesen Hinterkanten bis zu Vorderkanten 13 ansteigen. Anders gesagt sind die Rotorblätter 11 mit ihren Haupterstreckungsebenen gegenüber ihrer Rotationsebene um die Rotorachse 6 angestellt.
Der Rotor 7 mit den Flügeln 9 weist gegenüber einer Innenwand 14 der sich von dem Zulauf 3 aus glockenförmig nach unten erweiternden Beschleunigungskammer 4 einen freien Abstand auf, der etwa so groß ist wie der maximale Radius des Rotors 7. Die Rotorblätter 11 hingegen reichen mit ihren Spitzen bis nahe an die Innenwand 14 der Beschleunigungskammer 4 heran, und ihr Abstand zu einer darunter liegenden Stirnfläche 15 der Beschleunigungskammer wird oberhalb eines Ablaufs 16 klein, damit die von den Rotorblättern mitgerissene Strömung in diesen Ablauf 16 eintritt. Die in die Beschleunigungskammer 4 gelangende Flüssig-Fest-Suspension 2 gelangt bei rotierender Rotoreinheit 5 zunächst in den Einwirkungsbereich der Flügel 9 des Rotors 7 und wird durch diese in radialer Richtung beschleunigt, d. h. über den gesamten horizontalen Querschnitt der Beschleunigungskammer 4 verteilt. Die Innenwand 14 der hier glockenförmigen Beschleunigungskammer 4 lenkt die Strömung nach unten in den Bereich der Rotorblätter 11 des Rotors 8 um. Die Rotorblätter 11 beschleunigen die Strömung weiter nach unten und in Umfangsrichtung um die Rotorachse 6 in den Ablauf 16 hinein. Zugleich zerteilen die schnell laufenden Rotorblätter 11 größere Feststoffe in der Flüssig-Fest-Suspension, die sonst möglicherweise nicht verstopfungsfrei in den Ablauf 16 eintreten könnten. Aus dem Ablauf 16 tritt die Flüssig-Fest-Suspension 2 typischerweise in einen Tank oder einen anderen Aufbewahrungsbehälter aus.
Wenn es zu einer Verstopfung des Ablaufs 16 kommt, die typischerweise am Punkt seines Austritts aus der Beschleunigungskammer 4 auftritt, kann diese durch Umkehr der Drehrichtung der Rotoreinheit 5 um die Rotorachse 6 beseitigt werden. Die Rotorblätter 11 nehmen dann Feststoffe, die sich im Bereich des Austritts des Ablaufs 16 aus der Beschleunigungskammer 4 abgesetzt haben, ab und beschleunigen sie nach oben. Durch diese Beschleunigung gelangen sie jedoch nicht zurück in den Zulauf 3, weil die Flügel 9 des Rotors 7 unabhängig von der Drehrichtung der Rotoreinheit 5 eine Beschleunigung nach außen bewirken. Beim Rücklauf der Rotoreinheit 5 kommt es so zu einer heftigen Verwirbelung in der Beschleunigungskammer 4. Die resultierenden Scherkräfte zerkleinern die Feststoffe in der Suspension zusätzlich zu der Wirkung der als Schneidkanten ausgebildeten Hinterkanten 12 und Vorderkanten 13 der Rotorblätter 11.
Fig. 3 zeigt den unteren Teil der Beschleunigungskammer 4 mit der Stirnseite 15. Diese Stirnseite 15 ist wendelförmig ausgebildet, wobei sie an ihrem tiefsten Punkt in den Ablauf 16 übergeht. Die obere Begrenzung des Ablaufs 16 stellt dabei eine Störkante 17 dar, an der sich Feststoffe ablagern können. Durch Umkehrung der Rotationsrichtung der Rotoreinheit 5 gemäß den Fig. 1 und 2 werden diese Feststoffe jedoch von der Störkante wieder abgenommen. Der wendelförmige Verlauf der Stirnfläche 15 führt dabei dazu, dass beim Rückwärtslauf der Rotoreinheit 5 keine gegenläufige Störkante auftritt und so nicht die Gefahr besteht, dass von der Störkante 17 abgelöste Feststoffe 14 den Rotor 8 verklemmen, indem sie sich zwischen seinen Rotorblättern 11 und der Stirnfläche 15 festsetzen.
Aus Fig. 1 ist auch ersichtlich, dass zwischen einer Innenwand 20 der Beschleunigungskammer 4 im Zentrum der Stirnwand 15 und der angrenzenden Nabe 10 des Rotors 8 eine Labyrinthdichtung 21 ausgebildet ist, die das Eintreten von festen Bestandteilen in dem Bereich des nicht dargestellten Antriebs verhindert.
Fig. 4 zeigt eine Toilette 18 mit einer Fördervorrichtung 1 gemäß Fig. 1 für Abwasser aus einem Toilettenbecken 19. Dabei schließt der Zulauf 3 an dem tiefsten Punkt des Toilettenbeckens 19 an, und durch Antreiben der Rotoreinheit 5 in der Beschleunigungskammer 4 der Fördereinrichtung 1 kann das Toilettenbecken 19 vollständig ausgesaugt werden, wie dies für Toiletten in Fahrzeugen, bei denen ein Wasserverschluss mit der Gefahr des Verschüttens von Wasser verbunden ist, bevorzugt ist. Aber auch bei der hier dargestellten Toilette 18 erfolgt ein Geruchsverschluss durch Wasser. Wie dies aus der EP 1 464 764 A1 grundsätzlich bekannt ist, liegt der Wasserspiegel jedoch unterhalb des Zulaufs 3 aus dem Toilettenbecken 19 und oberhalb des Ablaufs 16 aus der Beschleunigungskammer 4 und damit in einem tiefer liegenden, von außen nicht sichtbaren Bereich der Toilette 18. Eine Rückspülung von Feststoffen in den sichtbaren Bereich des Toilettenbeckens 19 wird so auch bei Erschütterungen verhindert. Der Rückwärtslauf der Rotoreinheit 5, um Verstopfungen durch Feststoffe zu beseitigen, kann von einer elektronischen Steuerung des auch hier nicht dargestellten Drehantriebs für die Rotoreinheit 5 automatisch ausgelöst werden. Er kann aber auch durch Betätigen eines Schalters oder irgendeines anderen Betätigungselements vom Benutzer der Toilette 18 ausgelöst werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Fördervorrichtung
2: Flüssig-Fest-Suspension
3: Zulauf
4: Beschleunigungskammer
5: Rotoreinheit
6: Rotorachse
7: Rotor
8: Rotor
9: Flügel
10: Nabe
11: Rotorblatt
12: Hinterkante
13: Vorderkante
14: Innenwand
15: Stirnwand
16: Ablauf
17: Störkante
18: Toilette
19: Toilettenbecken
20: Innenwand
21: Labyrinthdichtung

Claims

Fördervorrichtung (1) für Flüssig-Fest-Suspensionen (2), insbesondere für Abwasser aus einer Toilette (18), mit
- einer Beschleunigungskammer (4),

- einem in der Beschleunigungskammer (4) um eine Rotorachse (6) drehangetriebenen ersten Rotor (7), der mehrere Flügel (9) aufweist, deren beiden Haupterstreckungsrichtungen axial und radial zu der Rotorachse (6) verlaufen,

- einem in der Beschleunigungskammer (4) um die Rotorachse (6) drehangetriebenen zweiten Rotor (8), der mehrere radial zu der Rotorachse (6) ausgerichtete Rotorblätter (11) aufweist,

- einem bezogen auf die Rotorachse (6) axial in die Beschleunigungskammer (4) einmündenden Zulauf (3) und

- einem bezogen auf die Rotorachse (6) tangential von der Beschleunigungskammer (4) abgehenden Ablauf (16),

- wobei sich die Beschleunigungskammer (4) von der Einmündung des Zulaufs (3) glockenförmig erweitert,

- wobei der erste Rotor (7) auf der dem Zulauf zugekehrten Seite des zweiten Rotors (8) angeordnet ist und

- wobei die Flügel (9) des ersten Rotors (7) einen freien Abstand zu einer Innenwand (14) der Beschleunigungskammer (4) von mindestens 33 % der maximalen radialen Erstreckung der Flügel (9) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,

- dass der erste Rotor (7) der Einmündung des Zulaufs in die Beschleunigungskammer (4) zugewandt ist,

- dass die Rotorblätter (11) des zweiten Rotors mit ihren Haupterstreckungsebenen gleichsinnig relativ zu ihrer Rotationsebene um die Rotorachse (6) geneigt angebracht sind und

- dass eine Drehantriebsrichtung von mindestens einem der Rotoren (7, 8) um die Rotorachse (6) umkehrbar ist.
Fördervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rotor (7) und der zweite Rotor (8) einen gemeinsamen Drehantrieb aufweisen, wobei der erste Rotor (7) und der zweite Rotor (8) optional drehfest miteinander verbunden sind.
Fördervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (11) in Umfangsrichtung um die Rotorachse (6) einen Abstand aufweisen, der mindestens der maximalen Breite der Rotorblätter (11) entspricht.
Fördervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Rotorblätter 2 bis 6, vorzugsweise 3 bis 5, beträgt und dass die Anzahl der von der Rotorachse (6) radial verlaufenden Flügel (9) 2 bis 6, vorzugsweise 3 bis 5, beträgt, wobei die Anzahl der Rotorblätter (11) und die Anzahl der Flügel (9) optional gleich groß sind.
Fördervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Außenumfang der Flügel (9) gleich groß ist wie ein Außenumfang einer Nabe (10) des zweiten Rotors (8), von der die Rotorblätter (11) radial abstehen.
Fördervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von den Flügeln (9) des ersten Rotors (7) überstrichenes Volumen abgerundet ist.
Fördervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Abstand der Flügel (9) von der Innenwand (14) der Beschleunigungskammer mindestens 50 %, vorzugsweise 100 %, der maximalen radialen Erstreckung der Flügel (9) beträgt.
Fördervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl, mit der die Rotoren drehangetrieben sind, mindestens 1.500 U/min, vorzugsweise mindestens 2.000 U/min, beträgt.
Fördervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablauf (16) auf der dem Zulauf (3) abgekehrten Seite des zweiten Rotors (8) von der Beschleunigungskammer (4) abgeht.
Fördervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Stirnfläche (15) der Beschleunigungskammer (4) auf der dem Ablauf (16) zugekehrten Seite des zweiten Rotors (8) einen um die Rotorachse (6) wendelförmig führenden Abschnitt aufweist, der mit einem Sprung der Stirnfläche (15) endet, in dessen Bereich der Ablauf (16) von der Beschleunigungskammer (4) abgeht.
Fördervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Rotor (8) und einer angrenzenden Innenwand (20) der Beschleunigungskammer (4) eine Labyrinthdichtung (21) ausgebildet ist.
Toilette (18) mit einer Fördervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (13) zu der Beschleunigungskammer (4) am tiefsten Punkt eines Toilettenbeckens (19) liegt.
Toilette (18) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die die Drehantriebsrichtung automatisch während jedes Toilettenspülvorgangs und/oder dann umkehrt, wenn die Rotoren (7, 8) in der bisherigen Drehantriebsrichtung blockieren.