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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen
Filtration von Fluid, die aufweist:
- – Filtrationszellen,
die jeweils eine Öffnung
nach oben, durch die sie mit zu filterndem Fluid gespeist werden
und die mit einem Filterbett ausgestattet ist, das, in Filtrationsstellung
der Zellen, einen Durchgang eines Filtrats und ein Halten eines Filterkuchens
ermöglicht,
und einen Boden aufweisen, wobei diese Zellen in Karusselform um eine
Rotationsachse angeordnet und jeweils so angebracht sind, dass sie
um eine Kippachse schwenken können,
die tangential zu einem horizontalen Kreis verläuft, dessen Mitte die Rotationsachse
ist,
- – Mittel
zum Stützen
der Filtrationszellen, die jede Zelle so stützen, dass sie eine Drehung
um die Rotationsachse durchführen
kann,
- – Mittel
zum Antreiben der Filtrationszellen, die diese in Drehung um die
Rotationsachse bringen,
- – Mittel
zum Verschieben der Filtrationszellen, die eine Kippbewegung von
diesen um ihre Kippachse erzeugen, während ihrer Drehung um die
Rotationsachse, und
- – Mittel
zum Ablassen des Filtrats aus den Zellen, die wenigstens eine Austrittsöffnung am
Boden jeder Zelle, einen zentralen Sammelbehälter und Verbindungsmittel,
die dem Filtrat ein Abfließen zwischen
wenigstens einer Austrittsöffnung
und dem Sammelbehälter
ermöglichen,
aufweisen.
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Schon
seit langem sind Vorrichtungen zur Filtration mit Zellen in Karusselform
bekannt, die insbesondere bei der Herstellung von Phosphorsäure verwendet
werden. Unter anderem sind die Patente und Patentanmeldungen US-A
3.389.800, BE-A-768591, BE-A-847088, US-A-4.721.566, WO-90/13348 und WO 92/20426
zu nennen.
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Alle
diese Dokumente beschreiben ein Filtrationsverfahren, bei dem die
in Draufsicht trapezförmigen
Filtrationszellen sich in Karusselform um eine Rotationsachse drehen
und in einem gegebenen Moment um eine radiale Achse gekippt werden,
um ein Ablassen des Filterkuchens und ein Reinigen der Zelle zu
ermöglichen.
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Aufgrund
dieses Kippens um eine horizontale, radiale Achse muss ein ausreichender
Abstand zwischen den benachbarten Zellen vorgesehen werden, um das
oben genannte Kippen ohne Zusammenstoßen der Zellen untereinander
zu ermöglichen.
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Daraus
resultiert ein Verlust an filternder Fläche und somit an Kapazität der Vorrichtung.
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Es
wurde auch schon eine Filtrationsvorrichtung der eingangs beschriebenen
Art vorgesehen (siehe beispielsweise U5-A-1028789). Diese Vorrichtung
weist den Nachteil auf, dass das Filtrat durch eine Drehverbindung
abfließen
muss, die konzentrisch zur Kippachse der Zelle verläuft und
Teil des Lagers von dieser ist. Eine solche Verbindung bringt unweigerlich
eine Abnutzung der Teile durch Reibung mit sich, und es müssen Lufteintritte
in den Unterdruckkreislauf vorgesehen werden, mit dem Effekt einer
Abkühlung
der Filtrate und einer Kristallisation von diesen in diesem Kreislauf.
Andererseits liegt der Mechanismus zum Kippen der Zelle kompliziert
unter der Zelle, d. h. in einem Bereich mit Korrosionsrisiko, wo
er unvermeidbar mit den in die Zellen gespeisten, korrosiven Fluiden
in Kontakt kommt.
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Außerdem ist
eine Filtrationsvorrichtung bekannt, bei der die Zellen in Karusselform
um eine tangentiale Achse kippen (siehe US-A-2768753). Bei dieser
Vorrichtung liegt der Sammelbehälter
in einer Draufsicht außerhalb
der Filtrationszellen bezüglich der
Rotationsachse und die Ausgangsöffnung
jeder Zelle liegt direkt auf diesem Sammelbehälter, der mit einer Unterdruckquelle
verbunden ist, indem sie auf diesem gleitet. Es ist keine Druckgasquelle
vorgesehen, um beim Lösen
der festen Materialien und dem Reinigen des Filterbettes in gekippter
Stellung zu helfen. Das Entladen der festen Materialien wird durch Stoßen und
Anhalten der Kippbewegung auf einem Anschlag erreicht.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu vermeiden,
indem sie eine relativ einfache, kostengünstigere Vorrichtung vorsieht,
die einen deutlich geringeren Aufwand erfordert, um ein Ablassen
des Filterkuchens aus den Zellen und deren Reinigung zu erhalten,
und die ein Ablassen ohne Verlust des Filtrats, ohne übermäßige Abnutzung
der Ablassmittel ermöglicht.
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Um
diese Probleme zu lösen,
ist erfindungsgemäß eine Filtrationsvorrichtung,
wie zu Beginn beschrieben, vorgesehen, bei der die Verbindungsmittel jeder
Zelle eine flexible Leitung aufweisen, in der, in Filtrationsstellung
der Zelle, kein Bereich der flexiblen Leitung tiefer gelegen ist
als ein anderer Bereich dieser Leitung, der bezüglich des Abfließens des
Filtrats stromabwärts
liegt, wobei die flexible Leitung so angeordnet ist, dass sie keine
Dehnung während
des Kippens der Zelle erfährt.
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Diese
Vorrichtung ermöglicht
das Kippen der Zellen, während
ihre Seitenränder
gleich beabstandet bleiben. Man kann somit die Zellen der Mitte
annähern,
indem man den Abstand untereinander auf ein Minimum reduziert und
entweder die globale Filtrationsfläche der Vorrichtung bei derselben
Abmessung vergrößert oder
diese auf demselben Wert hält bei
einer deutlich geringeren Abmessung. Außerdem fließt durch diese Anordnung die
gefilterte Flüssigkeit ständig, ohne
Verlangsamung, in die flexible Leitung. Diese erfährt keine
Dehnung während
des Kippens und, aufgrund ihrer Anordnung zwischen der Ausgangsöffnung einer
Zelle und einem in der Mitte platzierten Sammelbehälter, erfährt die
flexible Leitung auch keine Torsionsbelastung während des Kippens der Zellen.
Die Ermüdung
der Verbindungsmittel ist somit minimiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung erstreckt sich in einem die Vorrichtung durchquerenden
radialen Abschnitt die flexible Leitung in der Filtrationsstellung
der Zelle nach unten von einer Austrittsöffnung entlang einer im Wesentlichen
vertikalen Achse, wird dann, in einer Höhe unterhalb der Kippachse,
in Richtung des Sammelbehälters
gekrümmt,
derart, dass sie kontinuierlich eine Neigung nach unten aufweist,
und die flexible Leitung in der Kippstellung der Zelle erstreckt
sich im Wesentlichen horizontal von der Austrittsöffnung bis
zur Kippachse und wird dann in Richtung des Sammelbehälters gekrümmt.
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Vorteilhafterweise
wird die Kippachse in wenigstens einem Lager gestützt, das
einen ersten äußeren Durchmesser
D1 aufweist, und die flexible Leitung weist einen zweiten äußeren Durchmesser
D2 auf, und der Abstand zwischen der Kippachse und der oben genannten
im Wesentlichen vertikalen Achse der flexiblen Leitung ist gleich
oder größer 0 und kleiner
oder gleich D1 + D2. Diese nächstmögliche Anordnung
zwischen der Kippachse und der vertikalen Achse der flexiblen Leitung macht
es vorteilhaft möglich,
dass die flexible Leitung keiner Dehnungsbelastung während des
Kippens ausgesetzt ist.
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Gemäß einer
perfektionierten Ausführungsform
der Erfindung weist die Vorrichtung für jede flexible Leitung einen
Träger
auf, der um die Rotationsachse gleichzeitig mit den Filtrationszellen
dreht. Auf diese Weise verhindert der Träger, dass die flexible Leitung,
unter ihrem Eigengewicht oder unter ihrem Gewicht, wenn das Filtrat
einfließt,
sich nach unten biegen will, in eine Stellung, in der sie nicht
mehr ständig
nach unten in Richtung des Sammelbehälters geneigt ist.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform der
Erfindung ist der Sammelbehälter
mit einer Unterdruckquelle verbunden, dass die flexiblen Leitungen, die
mit den Filtrationszellen in Filtrationsstellung verbunden sind,
mit diesen in Verbindung stehen, unterhalb ihres Filterbettes und
der Sammelbehälter
auch ein mit einer Druckgasquelle verbundener Verteiler ist, dass
die flexiblen Leitungen, die mit den Filtrationszellen in gekippter
Stellung verbunden sind, mit diesen in Verbindung stehen, um das
Lösen des
Filterkuchens aus dem Filterbett zu unterstützen.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung weisen die oben genannten Mittel zum Verschieben eine
Rolle, die auf jeder Zelle so angeordnet ist, dass sie frei um eine
Schwenkachse drehen kann, und eine Führungsschiene auf, die fest
an einer Stelle der Filtrationsvorrichtung angeordnet ist, so dass
sie die Rolle jeder angetriebenen Filtrationszelle aufnehmen kann
und diese so führen
kann, dass die Kippbewegung der Zelle erzeugt wird.
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Andere
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den beiliegenden Ansprüchen
aufgezeigt.
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Weitere
Details und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden
Beschreibung, die nicht einschränkend
und unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben ist.
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1 zeigt
eine teilweise gestrichelte Draufsicht einer erfindungsgemäßen Filtrationsvorrichtung.
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2 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie II-II der 1.
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3 zeigt,
in vergrößertem Maßstab, eine Draufsicht
der Führungsschiene
entlang der Linie III-III der 2.
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4 zeigt,
in vergrößertem Maßstab, eine Schnittansicht
der Führungsschiene
entlang der Linie IV-IV der 2.
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5 zeigt
ein Detail in vergrößertem Maßstab des
linken Teils der 2.
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6 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI der 5.
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7 zeigt
eine Variante der in 6 vorgesehenen Anordnung.
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8 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII der 7.
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Diese
Figuren sind schematische Darstellungen und an verschiedenen Stellen
wurden zahlreiche Elemente weggelassen, um ihre Betrachtung zu vereinfachen.
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Bei
den verschiedenen Figuren sind identische oder analoge Elemente
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Bei
dem in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind wannenförmige
Filtrationszellen 1, die während der Filtration eine nach oben
angeordnete Öffnung
aufweisen, in Karusselform um eine vertikale Rotationsachse 2 angeordnet. Diese
Zellen 1 sind mit einem horizontalen Filtrationsbett 41 ausgestattet, über dem
ein zu filterndes Fluid eingespeist und unter dem ein Filtrat aufgenommen
wird.
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Gemäß der Erfindung
kann sich jede Zelle 1 um eine Kippachse 3 drehen,
die tangential zu einem imaginären,
horizontalen Kreis 4 verläuft, dessen Mitte durch die
Rotationsachse 2 gebildet wird.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Boden 45 jeder Zelle 1 mit zwei Lagern 5 und 6 versehen,
durch die eine Achse 7 verläuft, derart, dass ein freies
Kippen der Zelle um die Achse 7 möglich ist. Diese Achse 7 verläuft koaxial
zur oben genannten Kippachse 3.
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt, wird diese Achse 7 durch
zwei Trägergestänge 8 und 9 gehalten,
wobei jedes dieser Gestänge
aus im Dreieck angeordneten Stangen 10 bis 13 gebildet
ist. An einem Ende sind die Stangen 10 und 11 an
einem Ring 14 befestigt, der eine zentrale Achse 15 umgibt, derart,
dass er frei und ohne Kontakt um diese drehen kann. Diese zentrale
Achse 15 verläuft
koaxial zur Rotationsachse 2. An ihrem anderen Ende ist
die Stange 10 mit der Achse 7 verbunden und die
Stange 11 mit einem kreisförmigen Drehgestell 16,
das mit einer Zahnstange ausgestattet ist. Die Stange 13 verbindet
die Achse 7 mit dem kreisförmigen Gestell 16 und
die Stange 12 verbindet diese mit einem Mittelteil der
Stange 10. Jede Zelle wird so durch zwei gleichzeitig leichte
und unverformbare Gerippe gestützt, die
nur Zug- und Druckbelastungen erfahren.
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Das
koaxial zur Rotationsachse 2 angeordnete, kreisförmige Gestell 16 ist
durch Spiele von Rollen mit horizontaler Achse und bzw. vertikaler Achse 17 und 18 gestützt und
geführt,
auf denen es sich in einer horizontalen Ebene um die Rotationsachse 2 drehen
kann. Bei dem gezeigten Beispiel treibt ein Antriebsmotor 19 ein
Zahnrad 20 an, das in eine Zahnstange des kreisförmigen Gestells 16 eingreift.
Wenn der Motor in Betrieb gesetzt wird, bringt er so die Installationsanordnung
zur Drehung in Richtung des Pfeils F.
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Jede
Filtrationszelle ist mit einer Rolle 21 ausgestattet, die
in dem gezeigten Beispiel auf dieser an der der Mitte der Vorrichtung
gegenüberliegenden Seite
angeordnet ist. Die Rolle 21 ist so angeordnet, dass sie
frei um eine Schwenkachse 22 drehen kann. Diese Achse 22 erstreckt
sich vorzugsweise radial zwischen der zentralen Rotationsachse 2 der
Vorrichtung und der Kippachse 3 der entsprechenden Zelle,
in einer Draufsicht, wenn die Zelle in horizontaler Stellung ist.
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Vorteilhafterweise
befindet sich die Schwenkachse 22 einer Rolle 21 so
in einer Ebene, die durch die Rotationsachse 2 der Vorrichtung
und senkrecht zur Kippachse 3 der der Rolle entsprechenden
Zelle verläuft,
und dies während
jeder Kippbewegung der Zelle.
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In
einem Teil der Vorrichtung, rechts in 1, ist eine
Führungsschiene 23 so
angeordnet, dass sie die Rolle 21 jeder angetriebenen Filtrationszelle
aufnimmt.
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Bei
dem dargestellten Beispiel wird die Führungsschiene 23 über den
Filtrationszellen durch zwei Arme 24 und 25 gestützt, deren
Enden zur Mitte hin durch einen Querträger 26 gestützt werden.
Stangen 27, die jeweils mit einem Aufhängebügel 43 versehen sind,
halten die über
den Filtrationszellen aufgehängte
Führungsschiene 23 fest.
Die Schiene 23 hat, in der Draufsicht der 1,
eine U-Form und sie umfasst ein Mittelteil 30 und zwei
Seitenarme 28 und 29.
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Diese
Führungsschiene 23 ist
bei dem dargestellten Beispiel durch zwei Seitenwände 31 und 32 gebildet,
die sich parallel auf dem gesamten Schienenlauf erstrecken. Zwischen
diesen beiden Wänden
folgt die Rolle 21 einer Fortbewegungsrichtung, die durch
Pfeile in 3 dargestellt ist.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, wenn die Rolle 21 einer
Filtrationszelle das Mittelteil 30 der Führungsschiene 23 erreicht,
ist die Zelle in im Wesentlichen vertikaler Stellung.
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Eine
Stelle zur Reinigung des Filterbetts 41 und des Rückenteils
der Zelle ist in dem dargestellten Beispiel vorgesehen. Sie umfasst
zwei Rohre 33 und 34, die mit Spritzdüsen versehen
und mit einer Reinigungsflüssigkeit
gespeist sind. Diese Rohre spritzen diese Flüssigkeit auf die Filtrationszellen
in etwa vertikaler Stellung, was ein Abfließen der aufgespritzten Flüssigkeiten
durch Schwerkraft in einen nicht dargestellten Sammelbehälter ermöglicht.
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Jede
Filtrationszelle ist vorteilhafterweise mit Mitteln zur Anpassung
ihrer horizontalen Ausrichtung versehen. Diese Mittel bestehen in
dem dargestellten Beispiel aus einer Klammer 35, die sich
nach unten vom Rand der Zelle, der der Mitte der Vorrichtung gegenüber angeordnet
ist, erstreckt. Diese Klammer ist mit einem Rand versehen, der ein
mit Gewinde versehenes Loch aufweist, in dem eine mit Gewinde versehene
Stange 36 verschraubt werden kann. Diese mit Gewinde versehene
Stange 36, deren Ende so in der Höhe durch Verschrauben anpassbar
ist, drückt gegen
einen Anschlag 37, der sich, im dargestellten Fall, zwischen
den beiden Stangen 10 der Gestänge 8 und 9 zum
Stützen
der Filtrationszelle erstreckt.
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Das
Speisen der Filtrationszellen mit zu filterndem Fluid erfolgt auf
gängige
Weise durch das Oberteil der Zellen. Das Filtrat wird durch einen Öffnung 42 abgelassen,
die am Boden jeder Zelle sitzt. Diese Öffnung ist durch eine nachgiebige
Leitung 38 mit einem zentralen Sammelbehälter-Verteiler 39 verbunden.
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Wie
aus 5 hervorgeht, die eine Ansicht in einem radialen
Abschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, ist die
flexible Leitung 38 in Vollstrichen in Filtrationsstellung
der Zelle dargestellt und gestrichelt in ihrer gekippten Stellung.
In Filtrationsstellung erstreckt sie sich nach unten entlang einer
im Wesentlichen vertikalen Achse 46 ausgehend von der Ausgangsöffnung.
Wenn sie eine Höhe
erreicht, die unter der Kippachse 3 liegt, wird die flexible
Leitung 38 dann in Richtung des zentralen Sammelbehälters 39 gekrümmt und
zwar so, dass sie kontinuierlich eine Neigung nach unten aufweist.
Damit durch ihr Eigengewicht und das Gewicht des Filtrats, das sie
aufnimmt, die Leitung nicht nach unten durchhängt und so eine für das Abfließen ungünstige tiefliegende
Stellung einnimmt, wird, bei dem Beispiel in 2 dargestellt,
jede flexible Leitung 38 teilweise durch eine Rinne 40 gestützt, die
sich mit den Zellen dreht. Bei dem in 5 gezeigten
Beispiel handelt es sich eher um eine lokale Stütze 47, die die flexible Leitung 38 in
einem Mittelteil von dieser stützt.
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Die
Neigung der flexiblen Leitung kann variabel sein, ist aber überall größer als
0°.
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Wie
in 5 zu sehen, bleibt die Länge L der flexiblen Leitung
zwischen der Ausgangsöffnung 42 und
dem Träger 47 konstant,
selbst wenn die Zelle in gekippter Stellung ist und die flexible
Leitung verformt wurde. Das Teil der flexiblen Leitung 38 zwischen dem
Träger 47 und
dem Sammelbehälter 39 ist
nicht verformt und verändert
somit die Länge
nicht mehr.
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In
gekippter Stellung erstreckt sich die flexible Leitung im Wesentlichen
horizontal von der Ausgangsöffnung 42 bis
zur Kippachse 3, dann wird sie in Richtung des Sammelbehälters 39 gekrümmt.
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Wie
in den
5 und
6 gezeigt, weist das Lager
6 einen äußeren Durchmesser
D1 auf und die flexible Leitung einen äußeren Durchmesser D2. In der
dargestellten Ausführungsform
beträgt
der Abstand E zwischen der Kippachse
3 und der im Wesentlichen
vertikalen Achse
46 der Leitung vorteilhafterweise
Obwohl dies nicht kritisch
ist und dieser Abstand E größer sein
kann, ist es bevorzugt, dass er so nah wie möglich gegen 0 geht und im Maximum
gleich D1 + D2 ist.
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Man
kann sich beispielsweise eine Ausführungsform, wie in den 7 und 8 gezeigt,
vorstellen. Dort schwenkt die Zelle um Achsenden 48 und 49,
die koaxial zueinander und koaxial zur Kippachse 3 verlaufen,
und die Lager 5 und 6 sind im Abstand gehalten
durch eine axial verschobenen Achse 50, so dass sich ein
Winderaum bildet. Die Achse 46 kreuzt jetzt die Kippachse 3 und
der Abstand E ist gleich 0.
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Man
kann sich auch vorstellen, dass die Achse 46, in einer
Draufsicht, bezüglich
der Kippachse 3, mehr nach außen liegt.
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Die
Funktionsweise der gezeigten Vorrichtung ist die folgende.
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Der
Motor 19 bringt die Zahnstange des kreisförmigen Gestells 16 in
Rotation und mit ihr jede der Filtrationszellen in Richtung F.
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Die
Zellen sind horizontal direkt neben einander angeordnet und werden
mit einem zu filternden Fluid gespeist. Die Filtration des Fluids
erfolgt durch ein Filterbett 41 auf übliche Weise, unter einem Unterdruck,
der durch an sich bekannte Mittel erhalten wird.
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Das
Filtrat jeder Zelle wird durch die entsprechende nachgiebige Leitung 38 abgeführt und
ein Filterkuchen wird über
dem Filterbett gebildet. Durch die kontinuierlich nach unten geneigte
Anordnung der nachgiebigen Leitung 38 ist das Ablassen
sehr einfach, schnell und ohne Bereiche, in denen das Filtrat stecken
bleiben und kristallisieren könnte.
Teile, die eine Reibung und Abnutzung erfahren, die Austritte und
Eintritte von Luft ermöglichen
könnten,
wird vermieden. Der Unterdruck wird ohne Verlust vom Filtrat-Sammelbehälter 39 bis
zum unteren Teil jeder Zelle in Filtrationsstellung weitergegeben.
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Zu
einem bestimmten Zeitpunkt trifft die Rolle 21 der Zelle
die Führungsschiene 23,
wie in 3 dargestellt. Die Schiene zwingt die Rolle zu
steigen und somit die Zelle zu kippen. Ihr inneres Ende schwingt
nach oben um die Kippachse 3. Etwa in halbem Abstand zum
Arm 28 der Schiene 23 passiert der Schwerpunkt
der Zelle die Vertikale der Kippachse 3. Darüber hinaus
wirkt das Gewicht der Zelle mit ihrem Antrieb zusammen bis diese
zum Mittelteil 30 gelangt. Ebenso, während des Laufs der Führungsschiene
auf dem Arm 29, sobald der Schwerpunkt der Zelle erneut
die Vertikale der Kippachse 3 passiert, nimmt das Gewicht
der Zelle am Antrieb von dieser teil.
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Wenn
die Rolle 21 dem Lauf des Mittelteils der Führungsschiene 23 folgt,
ist die Zelle quasi in vertikaler Stellung und somit auch das Filterbett.
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Während dieses
Kippens geht die flexible Leitung 38 von der in Vollstrich
in 5 dargestellten Stellung in diejenige über, die
gestrichelt dargestellt ist. Wenn es eine Krümmungsverformung der flexiblen
Leitung 38 nach oben gibt, kann man weder eine Dehnung
von dieser noch eine Torsion um ihre Längsachse feststellen. Die Ermüdung ist
somit auf ein Minimum reduziert.
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Der
Filterkuchen fällt
zuerst auf die stark geneigte Außenwand 44 der Zelle,
dann in einen nicht dargestellten Sammelbehälter und die Zelle passiert die
bereits beschriebene Reinigungsstelle bevor sie erneut in die horizontale
Stellung kippt und den Filtrationszyklus wieder von vorne beginnt.
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Vorteilhafterweise
kann man durch an sich bekannte Mittel den Aufbau eines leichten
Gegendrucks von Luft im Inneren von jeder Zelle vorsehen, während diese
sich in der in die Vertikale gekippten Stellung befindet, um beim
Ablassen des Filterkuchens zu helfen. Dieser Gegendruck kann vom
Sammelbehälter 39 gespeist
werden, der dann als Verteiler auf dem Boden der Zelle durch die
flexible Leitung 38 dient.
