Wachsende Niederschlagsintensität, zunehmende Urbanisierung und ein zum Teil unzureichendes Kanalnetz zwingen uns dazu, unseren Umgang mit Regenwasser grundsätzlich zu überdenken. In Deutschland ist die Entwässerungsinfrastruktur bei extremen Niederschlagsmengen überfordert. Der Kanal- und Objektbau erfordert daher effektive und intelligente Lösungen für ein ganzheitliches und nachhaltiges Regenwassermanagement.

Eine erfolgreiche und nachhaltige Regenwasserbewirtschaftung hängt maßgeblich vom kontrollierten Ableiten des Regenwassers aus den Versickerungsrigolen, Erdbecken oder anderen Regenrückhaltebauwerken ab.
Ziel ist es, zuströmendes Regenwasser verzögert aber kontinuierlich in die Natur zurückzuführen und damit Überflutungen zu verhindern. Drosselelemente sind ein wichtiger Bestandteil der Regenwasserbewirtschaftung. Sie lassen durch ihre spezielle Bauweise eine zuvor festgelegte und unschädliche Wassermenge in die Natur zurückfließen.

In der Praxis gibt es sowohl statische, als auch dynamische Drosselsysteme, welche als Einzelkomponenten oder fertig eingebaut in Drosselschächten verfügbar sind. Die innovativen Kunststoffsysteme zur Ableitung & Regulierung von Regenwasser bilden hierfür einen wichtigen Lösungsansatz.

Bild 1: Regenwasser kontrolliert in die Natur ableiten
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg

Folgende Drosselsysteme ohne Fremdenergie zur effizienten und kontrollierten Regenwasserabflussbegrenzung ermöglichen eine konstante hydraulische Beschickung von klärtechnischen Anlagen, Oberflächengewässern oder auch Vorbehandlungssystemen und fördern so die Effizienz bzw. verhindern die Überlastung von Gesamtsystemen.

Bild 2: Übersicht der Drosselsysteme zur kontrollierten Regenwasserabflussbegrenzung
Quelle: Lesch Consult, Würzburg

1. Wirbeldrossel-Schacht mit Drosselblende und Filterkorb

Bild 3: Siebdrossel-Schacht aus Kunststoff - Corso DS 600
Quelle: Wavin GmbH, Tiwst

1. Wirbeldrossel-Schacht mit Drosselblende ohne Filterkorb

Bild 4: Wirbeldrossel-Schacht mit Drosselblende ohne Filterkorb aus Kunststoff - Rigo®Limit V
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg

A: freier Abfluss (niedriger Wasserstand)
Bei niedrigem Wasserspiegel im vorgeschalteten Speicherraum läuft das Wasser im freien Auslauf durch den großen Abflussquerschnitt der Drosselblende direkt ab. Der große Blendendurchmesser gewährleistet stets die maximale Betriebssicherheit (keine Verstopfung).

Bild 5: Wirbeldrossel-Schacht mit freiem Abfluss (niedriger Wasserstand) - Rigo®Limit V
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg

B: kontrollierter Abfluss (hoher Wasserstand)
Bei Einstau im Becken hat das Wasser mehr Energie im tangentialen Zufluss zum Wirbeldrosselschacht. Dadurch entsteht eine Wirbelströmung mit einem luftgefüllten Wirbelkern, der den größten Teil der Blendenöffnung im Boden der Wirbelkammer versperrt. Damit wird der zur Betriebssicherheit gewünschte große Blendenquerschnitt zum Drosseln eingeschnürt. Der starke Wirbel führt gleichzeitig zu einem Selbstreinigungseffekt bei drohender Verstopfung. Schmutz wird schlichtweg mitgerissen. Gleichzeitig entsteht entlang der Wirbelkammerwand infolge der Zentrifugalkraft des rotierenden Wassers ein Gegendruck, der den Zufluss begrenzt. Unter der Ausgangsblende schießt das Wasser als Hohlstrahl in das Wasserpolster im Schacht. Auch hier entsteht ein Selbstreinigungseffekt, bei dem Schmutz ausgespült wird.

Bild 6: Wirbeldrossel-Schacht mit kontrolliertem Abfluss (hoher Wasserstand) - Rigo®Limit V
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg

2. Schlauchdrossel-Schacht 

Schlauchdrosseln arbeiten ohne Hilfsenergie und nutzen den sogenannten Bernoulli-Effekt. Dieser sagt im Grunde aus: Wo eine schnelle Strömung fließt, nimmt der Druck ab. Ansteigendes Wasser führt zu einer höheren Fließgeschwindigkeit in der Drossel, wodurch ein Unterdruck (Sog) entsteht. Dadurch zieht sich die Gummimembran zusammen und der Drosselquerschnitt wird verkleinert. Das hat zur Folge, dass weniger Wasser durch die Drossel fließen kann. Somit sind sehr kleine Abflusswerte bzw. eine nahezu konstante Drosselkurve realisierbar.

Die Schlauchdrossel erzeugt im Vergleich zur Drosselblende unabhängig vom Wasserstand in der Rigole/dem Becken einen relativ konstanten Abfluss. Damit entleert sich die Rigole/das Becken in kürzest möglicher Zeit und steht für den nächsten Regen wieder zur Verfügung.

Bild 7: Schlauchdrossel-Schacht – AquaLimit tube
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg

Durch die steile Drosselkennlinie im Vergleich zu einer einfachen Drosselblende erreicht die Schlauchdrossel selbst bei Wasserständen über Geländeoberkante einen nahezu konstanten Abfluss. Die hohe Abflussleistung über alle Betriebszustände wirkt sich auf die Größe der Rigole aus. Durch die höhere Abflussleistung kann die Rigole kleiner ausgelegt werden und steht auch schneller wieder für den nächsten Regen zur Verfügung.

Bild 8: Schlauchdrosselschacht – AquaLimit tube
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg

2. Schlauchdrossel-Schacht – Funktionsweise

Bild 9: Einbringung des Schlauchdrosselsystems in den Kunststoffschacht – AquaLimit tube
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg

Bild 10: Funktionsprinzip Schlauchdrosselsystem im Kunststoffschacht – AquaLimit tube
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg

Bild 11: Funktionsprinzip Schlauchdrosselsystem im Kunststoffschacht – AquaLimit tube
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg

3. Wirbelventil-Drosselschacht mit vertikalem Wirbelventil

Bei einem Wirbelventil bzw. einer Wirbeldrossel strömt das Wasser durch einen tangentialen Zulauf in eine Wirbelkammer, wo eine Spiralströmung entsteht. Im Zentrum dieses Wirbels bildet sich ein mit Luft gefüllter Wirbelkern, der den größten Teil des Ausgangs versperrt (vgl. Wasserstrudel) und einen konstanten gedrosselten Abfluss ermöglicht. Dieser Zustand der Durchflussbegrenzung durch Spiralströmung setzt jedoch erst ab einem Wasserstand oberhalb der Drosselausfließöffnung ein, daher soll nachfolgend das Wirkprinzip des Wirbelventils insgesamt näher erläutert werden:

1. Das Wasser läuft in die Wirbelkammer, welche sich nach und nach mit der Anstauhöhe füllt. In diesem Zustand ist das Wirbelventil in ihrer Wirkungsweise mit einer statischen Drossel vergleichbar und der Abfluss erfolgt weitestgehend frei und ohne nennenswerte Energieumwandlung oder Abflussbegrenzung. Die Abflussmenge verhält sich somit weitestgehend proportional zur Anstauhöhe.

2. Das Wirbelventil füllt sich bis über die Drosselausfließöffnung und verschließt diese durch die Wassermassen für einen kurzen Moment, so dass ein Unterdruck in der Drosselausfließöffnung/- leitung entsteht. Durch den erzeugten Unterdruck wird zum einen das Wasser aus dem Wirbelkörper in die Ausfließöffnung und gleichzeitig zum anderen neues Wasser in die Wirbelkammer gesogen. Der tangentiale Zulauf des Wassers in die Wirbelkammer führt schließlich zur Ausbildung des Wirbels mit innenliegendem Luftkern. In dem Moment, in dem durch die Zentrifugalkraft des an der Drosselwand rotierenden Wassers ein Gegendruck entsteht und der Luftkern im Innern des Wirbels aufgebaut ist, erfolgt eine kurzzeitige Zunahme der Anstauhöhe bzw. Begrenzung des Abflusses (Spülspitze mit Anstieg der Anstauhöhe).

3. In diesem Zustand wirkt das Wirbelventil als idealer Beschleunigungswiderstand, d. h. die zulaufseitige Energiehöhe wird verlustarm in eine Geschwindigkeitshöhe umgesetzt. Aus der Ausgangsöffnung vom Wirbelventil schießt das Wasser als Hohlstrahl heraus, indem gleichzeitig ein Lufteintrag in das Wasser erfolgen kann. Erst nach dem Vollfüllungszustand der Wirbelkammer (Schaltpunkt) nimmt die Abflussmenge wieder proportional zur Anstauhöhe zu.

4. Nimmt der Wasserstand wieder ab, bewirkt der beschriebene Gegendruck zusätzlich kurzfristig eine Umkehr des Wirbels, wodurch ein Selbstreinigungsprozess des Wirbelventils entsteht. Der Vergleich einer statischen Drossel mit einer Wirbelventil lässt erkennen, dass zwischen dem Bemessungsabfluss einer statischen Drossel (rote Kurve) und einer Wirbelventil-Drossel (blaue Kurve) eine Differenz in der Anstauhöhe besteht (siehe Bild 12).

Der Wirbelventil-Schacht ist ein vielseitig einsetzbarer, anschlussfertiger Drosselschacht, mit integriertem Edelstahl-Wirbelventil des Herstellers UFT Umwelt- und Fluid-Technik Dr. Brombach GmbH. Der Wirbelventil-Schacht AquaLimit (Fränkische Rohrwerke) kombiniert starke Abflussleistung mit höchster Betriebssicherheit. Bei der Drosselung mit Wirbelventilen werden keine beweglichen Teile benötigt, wodurch ein minimaler Wartungsaufwand garantiert ist. Das entnehmbare Ventil kann gewartet und nachträglich im Drosselabfluss angepasst werden. Regenrückhalteanlagen werden schnell und dennoch kontrolliert und unschädlich für die Einleitungsstelle entleert. Somit steht das gesamte Rückhaltevolumen sehr schnell wieder für den nächsten Regen zur Verfügung.

Das Wirbelventil arbeitet nach einem einfachen, rein hydraulischen Wirkprinzip, selbstaktivierend und ohne Fremdenergie. Ein Wirbelventil erzeugt im Vergleich zur Drosselblende unabhängig vom Wasserstand in der Rigole/dem Becken einen relativ konstanten Abfluss. Damit entleert sich die Rigole/das Becken in kürzest möglicher Zeit und steht für den nächsten Regen wieder zur Verfügung. Durch den relativ großen Abflussquerschnitt sind Verstopfungen praktisch ausgeschlossen.

Bild 12: Wirbelventil-Drosselschacht mit vertikalem Wirbelventil - AquaLimit
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg

Bild 13: Drei Varianten von Wirbelventil-Drosselorganen - Wavin Vortex Plus
Quelle: Wavin GmbH, Twist

Variante 1: Wirbelventil-Drosselelement Wavin Vortex Plus mit Aushebestange. Dieses Wirbelventil-Drosselelement bietet eine handliche Notüberlauf-Lösung. Fertig installiert in einem PE-Fertigteilschacht DN 1000, kann das Drosselelement in dieser Variante einfach manuell aus seiner Halterung am Schachtgrund ausgehoben werden. Ähnlich einem „Schlüssel-Schloss-Prinzip“ ist das Wirbelventil-Drosselelement im Funktionszustand fest im Schachtboden fixiert. Bei Bedarf kann es jedoch mithilfe der Aushebestange aus der Arretierung gezogen werden und ermöglicht dann eine unmittelbare Entleerung des Drosselschachtes bis zur Auslaufsohle.

Variante 2: Wirbelventil-Drosselelement Wavin Vortex Plus mit integriertem Notüberlauf. Dieses Wirbelventil-Drosselelement bietet eine integrierte Notüberlauf-Lösung. Fertig installiert in einem PE-Fertigteilschacht DN 1000, kann das Drosselelement in dieser Variante langfristig und zuverlässig das Risiko eines Rückstaus verhindern und bietet dabei zugleich die Möglichkeit der Wasserspiegelkontrolle. Durch die Höhe des Notüberlaufrohres kann im System eine Einstauhöhenbegrenzung vorgenommen werden. Im Normalfall wird die Drossel-Einstauhöhenbegrenzung auf Höhe der maximalen Einstauhöhe des vorgeschalteten Retentionssystems angeordnet.

Variante 3: Wirbelventil-Drosselelement Wavin Vortex Plus mit integriertem Bypass. Dieses Wirbelventil-Drosselelement bietet eine Notüberlauf- und Bypass-Lösung. Fertig installiert in einem Kunststoff-Fertigteilschacht, verfügt das Drosselelement in dieser Variante über einen extern aktivierbaren Bypass. Der Bypass ermöglicht die Steuerung eines zeitlich begrenzten Einsatzes der Drossel (Drosseleinsatz zu Spitzenabflusszeiten), erlaubt eine unmittelbare Entleerung des Drosselschachtes bis zur Auslaufsohle und erleichtert zugleich bei Bedarf die Revision. Durch Öffnen des Bypass können gleichermaßen Spüleffekte in der nachgeschalteten Rohrleitung, als auch eine Drosselselbstreinigung erzielt werden. Der Bypass kann mühelos über ein am Schachtzugang befestigtes Zugseil aktiviert werden.

Variante 1: Wirbeldrosselelement Wavin Vortex Plus mit Aushebestange Variante 2: Wirbeldrosselschacht Wavin Vortex Plus mit integriertem Notüberlauf Variante 3: Wirbeldrosselelement Wavin Vortex Plus mit integriertem Bypass.

Bild 14: Wirbelventil-Drosselelemente – Wavin Vortex Drosselorgan
Quelle: Wavin GmbH, Twist

Bild 15: Bemessungsabfluss Q (l/s) – Wavin Vortex Drosselorgan - Modell FC 12 mit 127 mm Öffnung
Quelle: Wavin GmbH, Twist

(1) Retentionssystem aus folienum-mantelten Q-Bic Plus Speicher-elementen (2) Wirbelventil-Drosselschacht  Variante 2 - Wavin Vortex Plus - mit integriertem Notüberlauf

Bild 16: Funktions- und Einbauschema Vortex Plus Variante 2 in Kombination mit einem Retentionssystem aus folienummantelten Q-Bic Plus Speicherelementen
Quelle: Wavin GmbH, Twist

3. Wirbelventil-Drosselschacht mit konischem Wirbelventil

Das konische Wirbelventil arbeitet nach einem einfachen, rein hydraulischen Wirkprinzip, selbstaktivierend, nur mit strömungsmechanischen Effekten ohne Fremdenergie sowie ohne bewegliche Teile.

Bild 17: Wirbelventil-Drosselschacht mit konischem Wirbelventil - Quadro®Limit
Quelle: Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH + Co.KG, Königsberg