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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung eines Phasengemisches
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige
Phasengemische treten beispielsweise bei metallbearbeitenden Maschinen
auf, in denen ein Kühlschmiermittel-Kreislauf
im Einsatz ist. Dieses Kühlschmiermittel
transportiert Verschmutzungen und Metallspäne vom Bearbeitungsort der Werkstücke fort,
und sorgt für
eine Schmierung und Kühlung
am Bearbeitungsort. Für
den Dauerbetrieb des Kühlschmiermittel-Kreislaufs
muss das verschmutzte Kühlschmiermittel
aufbereitet werden, wozu üblicherweise
Filter zum Einsatz kommen.
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Im
Laufe der Zeit werden derartige Filter entsprechend verschmutzt
und zugesetzt, so dass entweder die Filtereinsätze getauscht oder aber eine
Filterreinigung durchgeführt
werden muss.
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Zur
Reinigung solcher Filtereinsätze
sind bereits rückspülbare Filter
bekannt geworden, bei denen das entsprechende Filterelement durch
Umkehrung der Strömungsrichtung
wieder freigespült
und das zur Freispülung
verwendete Medium abgezogen wird. Weiterhin sind sogenannte Schleuderfilter
in Verwendung, bei denen der am Filtereinsatz niedergeschlagene
Filterkuchen durch schnelle Rotation abgeschleudert und anschließend aus
dem Filtergehäuse entfernt
wird.
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Gerade
im Bereich der Kühlschmiermittel sind
jedoch unterschiedlichste Verunreinigungen aus der Flüssigphase
zu entfernen. Grobe Metallspäne liegen
hier ebenso vor wie feinste Schmutzpartikel, wobei erschwerend hinzukommt,
dass das Kühlschmiermittel
selbst für
eine entsprechend gute Haftung von Verunreinigungen an einem entsprechenden
Untergrund, beispielsweise dem Filterelement sorgt.
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Weiterhin
ist aus der
DE 199 23 130 eine Vorrichtung
zur Trennung eines Phasengemisches bekannt, wobei zur Reinigung
des Filterelementes eine Umkehr der Strömungsrichtung der flüssigen Phase
bei gleichzeitiger Rotation des Filterelementes vorgesehen ist.
Durch das gleichzeitige Abschleudern und Rückspülen ergibt sich eine bessere
Reinigung des Filterelementes. Schmutzpartikel werden einerseits
durch die Fliehkraft der Schleuderbewegung vom Filterelement abgelöst und zugleich
durch das rückspülende flüssige Medium
weggefördert. Durch
die Rotation des Filterelementes innerhalb der flüssigen Phase
ergibt sich eine Anströmung
des Filterelementes, die zusätzlich
für eine
gute Spülung des
Filterelementes sorgt.
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Nachteilig
bei bisherigen, verstellbaren, insbesondere rotierenden Filtern
ist jedoch, dass diese mit einem separaten Elektromotor angetrieben
werden. Dies führt
dazu, dass entsprechende Werkzeugmaschinen mit mehreren Filtern
eine vergleichsweise hohe maximale elektrische Leistungsaufnahme
aufweisen und entsprechend hoch elektrisch abzusichern sind. Hierbei
müssen
zahlreiche Komponenten des elektrischen Systems entsprechender Werkzeugmaschinen
für eine
in der Praxis nicht vorkommende Situation, bei der alle Elektromotoren
gleichzeitig betrieben werden, ausgelegt werden. Da in der Praxis
eine entsprechende Situation nicht auftritt, sind entsprechende
Komponenten deutlich überdimensioniert,
was einerseits den konstruktiven als auch den finanziellen Aufwand
entsprechender Werkzeugmaschinen unnötig in die Höhe treibt.
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Demgegenüber hat
die Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Trennung eines Phasengemisches
aus einer festen und einer flüssigen
Phase, insbesondere einer mit Spänen
versetzten Kühlschmierflüssigkeit,
mit einem in einem ersten Betriebsmodus von der flüssigen Phase
durchströmten Filterelement,
wobei eine Fördereinheit
zum Fördern des
Phasengemisches vorgesehen ist, vorzuschlagen, die den Stand der
Technik verbessert.
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Diese
Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten
Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch
die in den Unteransprüchen
genannten Maßnahmen
sind vorteilhafte Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend
zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch aus, dass ein ein druckbeaufschlagtes Gas umfassender Druckgasspeicher
zum Rückspülen des
Filterelementes in einem zweiten Betriebsmodus mit gefilterter flüssiger Phase
vorgesehen ist und dass die Fördereinheit
als Druckerzeugungseinheit zum Druckbeaufschlagen des Gases ausgebildet
ist. Hiermit wird ermöglicht, dass
das Rückspülen des
Filters wenigstens teilweise pneumatisch ist. Der vorteilhafte Druckgasspeicher
ist gemäß der Erfindung
als Energiespeicher mit dem Gas als Energiequelle für das Rückspülen bzw. den
zweiten Betriebsmodus ausgebildet. Dies ermöglicht insbesondere in relativ
kurzer Zeit die Freisetzung einer relativ großen Energiemenge, was das Rückspülen bzw.
Freispülen
des Filters bzw. des Filterelementes vorteilhaft beeinflusst. Beispielsweise kann
das Erzeugen der Strömung
des Spülfluids,
insbesondere der gereinigten Flüssigkeit,
wenigstens teilweise pneumatisch realisiert werden.
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Darüber hinaus
ist gemäß der Erfindung
in besonderen Anwendungsfällen
keine Bereitstellung von elektrischer Energie für das Rückspülen bzw. für den zweiten Betriebsmodus
notwendig. Dementsprechend reduziert sich im Vergleich zum Stand
der Technik die maximale Leistungsaufnahme einer entsprechenden
Werkzeugmaschine, was eine vorteilhafte Dimensionierung elektrischer
Komponenten der Werkzeugmaschine bewirkt. Beim Stand der Technik
wurden beispielsweise Elektromotoren als Antrieb für das Rückspülen verwendet,
die etwa 2,2 kW elektrischer Leistung aufnehmen konnten. Bei beispielsweise
acht Filtern mit jeweils einem Elektromotor mit 2,2 kW führte dies
zu einer enorm großen maximalen
elektrischen Leistungsaufnahme durch die vorhandenen Rückspülmotoren.
Gemäß der Erfindung
wird somit die maximale elektrische Leistungsaufnahme enorm verringert,
was sich sowohl konstruktiv als auch finanziell vorteilhaft auswirkt.
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Vorzugsweise
ist eine Einstellvorrichtung zum Einstellen der Betriebsmodi vorgesehen.
Beispielsweise könnte
die Zeitdauer des ersten und/oder des zweiten Betriebsmodus vorteilhaft
eingestellt werden. Weiterhin ist denkbar, dass die Dicke des sich
aufbauenden Filterkuchens auf dem Filterelement erfasst und beim Überschreiten
eines entsprechenden, vorgegebenen Grenzwertes das Rückspülens des
Filterelementes eingeleitet wird.
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Vorzugsweise
ist ein Druckaufnehmer zum Aufnehmen eines Differenzdrucks zwischen
den beiden Seiten des Filterelementes vorgesehen. Hiermit ist in
besonders einfacher Weise das Zusetzten des Filterelementes mit
Schmutz oder dergleichen detektierbar. Beim Überschreiten eines vorgegebenen
Differenzdrucks wird in vorteilhafter Weise der zweite Betriebsmodus
bzw. das Rückspülen eingeleitet. Zwischen
der Vorder- und der Rückseite
des Filterelementes baut sich im Zuge des Zusetztens des Filterelementes
mit Schmutz ein Differenzdruck auf, der an nahezu beliebiger Stelle
des hydraulischen Systems, insbesondere mit bereits handelsüblichen Druckmessern,
detektierbar ist. Mit Hilfe einer vorteilhaften Kontrolleinheit
kann das Rückspülen des
Filterelementes vorteilhaft veranlasst werden.
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In
einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist das Filterelement
zylinderförmig
ausgebildet. Hierdurch kann z.B. auf bereits handelsübliche Filterelemente
zurückgegriffen
werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist eine drehbare
Rückspüldüse im Inneren des
Filterelements angeordnet. Die beim Rückspülen realisierte Rotation der
Rückspüldüse kann
in vorteilhafter Weise bei einem in sich geschlossenen, insbesondere
zylinderförmigen
Filterelement eine vollflächige
Reinigung des Filterelementes gewährleisten.
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Vorteilhafterweise
ist eine Antriebseinheit der Rückspüldüse hydraulisch
und/oder pneumatisch ausgebildet. Ein entsprechender Antrieb der
Rückspüldüse benötigt in
vorteilhafter Weise beim Rückspülen bzw.
im zweiten Betriebsmodus keine elektrische Energie. Hierdurch wird
beispielsweise die maximale Leistungsaufnahme einer entsprechenden Werkzeugmaschine
nicht vergrößert.
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Vorzugsweise
umfasst die Antriebseinheit der Rückspüldüse den Druckgasspeicher. Mit
Hilfe dieser Maßnahme
wird das Rotieren bzw. Antreiben der Rückspüldüse mit Hilfe dem vorteilhaften
Druckgasspeicher realisierbar. Beispielsweise wird hierdurch eine
Mehrfachnutzung des Druckgasspeichers bzw. des im Druckgasspeicher
gespeicherten Gases einerseits zum Fördern des Rückspülfluids bzw. der gereinigten,
flüssigen
Phase und andererseits zum Antreiben der Rückspüldüse vorgesehen.
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Dementsprechend
wird eine besonders einfache Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung
realisierbar.
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In
einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine
Ausströmöffnung der
Rückspüldüse wenigstens
teilweise in tangentialer Richtung ausgerichtet. Mit Hilfe dieser
Maßnahme
wird ein Rückstoßantrieb
der Rückspüldüse möglich. Vorzugsweise
strömt
die insbesondere gereinigte, flüssige
Phase durch die Ausströmöffnung und
durch das Filterelement, so dass ein vorteilhaftes Rückspülen realisiert
wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung entspricht die Länge
der Ausströmöffnung im
Wesentlichen der Länge
des Filterelementes, insbesondere in axialer Richtung. Hiermit wird
eine möglichst
vollflächige
Reinigung des verschmutzen Filterelementes beim Rückspülen bzw.
im zweiten Betriebsmodus gewährleistet.
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Vorzugsweise
umfasst ein Auslass für
die gefilterte flüssige
Phase wenigstens ein Ventil. Ein entsprechendes Ventil kann beispielsweise
zum Wechseln des ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus
und umgekehrt verwendet werden. Alternativ oder in Kombination hierzu
kann dieses Ventil auch zum Verhindern eines Rückströmens bereits gefilterter Flüssigkeit
in die Filterkammer der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden.
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Beispielsweise
ist das Ventil als Schaltventil ausgebildet, das im ersten Betriebsmodus
auf Durchlass und im zweiten Betriebsmodus in Verschlussstellung
ist. Vorzugsweise ist das Ventil als Rückschlagventil ausgebildet.
Ein entsprechendes Rückschlagventil
kann insbesondere konstruktiv als auch wirtschaftlich günstig ausgeführt werden.
Darüber
hinaus kann bei einem Rückschlagventil
eine aufwändige
Steuerung des Ventils entfallen.
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Vorteilhafterweise
wird die erfindungsgemäße Vorrichtung,
insbesondere durch die Anordnung von Zu- bzw. Abfluss so ausgebildet,
dass die Strömungsrichtung
beim Filtern durch das Filterelement von außen nach innen und bei der
rückspülenden Filterreinigung
von innen nach außen
erfolgt.
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Vorzugsweise
wird eine zylinderförmige
Filterkammer vorgesehen, in der ein zylinderförmiges Filterelement zentrisch
angeordnet ist.
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Weiterhin
ist es von besonderem Vorteil, wenn die Filterkammer einen tangentialen
Einlass aufweist. Hierdurch ergibt sich beim Einströmen während des
normalen Filterbetriebes eine kreisende Flüssigkeitsströmung entlang
der Wandung der Filterkammer, so dass während des normalen Filterbetriebes
Fliehkräfte
im Innern der Filterkammer auftreten, durch die grobe Verunreinigungen
wie Metallspäne
oder dergleichen an die Innenseite der Außenwand der Filterkammer gefördert werden
und sich dort nach unten absetzen. Diese Sedimentation sorgt dafür, dass
der Filtereinsatz selbst gar nicht mehr durch diese Grobschmutzpartikel
belastet wird.
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Besonders
in Kombination mit dieser Weiterbildung der Erfindung ist ein unterer
Abfluss für
die Sedimentationsrückstände von
Vorteil. Somit können die
groben Partikel aus der flüssigen
Phase abgetrennt und aus der Filterkammer entnommen werden, ohne
dass diese mit dem Filtereinsatz in Kontakt kommen.
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Dieser
untere Abfluss wird vorzugsweise exzentrisch an der Filterkammer
angebracht, so dass er problemlos neben dem Filtereinsatz mit zentrischem Reinphasenablauf
für die
gereinigte flüssige
Phase angeordnet werden kann. Der zentrische achsenparallele Reinphasenablauf
aus dem Filterelement wiederum erleichtert dessen drehbare Lagerung
und Abdichtung.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der untere
Abfluss ebenfalls tangential zum Filtergehäuse bzw. der Filterkammer angeordnet.
Diese Ausbildung ist von Vorteil, wenn die Sedimentationsrückstände während einer
kreisförmigen Strömung im
Innern der Filterkammer abgezogen werden. Der tangentiale Abfluss
sammelt gewissermaßen
alle Rückstände ein,
die an ihm vorbeistreichen. Durch die entsprechende Strömung wird
zugleich der Bodenbereich der Filterkammer freigespült.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der
Figuren nachfolgend näher
erläutert.
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Im
Einzelnen zeigt:
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1 eine
schematische, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 ein
schematischer Schnitt in Draufsicht durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß 1,
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3 ein
schematischer Schnitt längs
der Linie C-C der 2,
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4 ein
schematischer Schnitt längs
der Linie A-A der 2 und
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5 ein
schematischer Schaltplan einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Ein
Druckbehälter 10 gemäß der Erfindung ist über einem
Deckel 3 mit einem Auslass 11 zum Ausströmen gereinigter
Flüssigkeit
angeordnet. Der Druckbehälter 10 kann
z.B. etwa 5 Liter Luft unter Normalbedingungen speichern.
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Der
Druckbehälter 10 ist
mit dem Deckel 3 an einem Gehäuse 4 des Filters
angeordnet. Das Gehäuse 4 umfasst
neben einem Deckel 1 einen Boden 2, wobei der
Deckel 3 einen tangentialen Zufluss 12 zum Zufließen zu reinigender
Flüssigkeit
umfasst.
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Im
Gehäuse 4 ist
ein zylinderförmiger
Filtereinsatz 6 vorgesehen, der in der Reinigungsphase von
Außen
nach Innen durchströmt
wird. Dies ist insbesondere in 5 schematisch
dargestellt.
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Durch
die vorteilhafte tangentiale Anordnung des Zuflusses 12 am
Gehäuse 4 wird
innerhalb des Gehäuses 4 eine
radiale Strömung
der zu reinigenden Flüssigkeit
erzeugt, so dass Grobpartikel aufgrund der Fliehkraft im äußeren Bereich
des Gehäuseinnenraums
wendelartig nach unten strömen. Leichte
bzw. kleine Schmutzpartikel gelangen zum Filtereinsatz 6 und
bleiben an diesem haften, wobei gereinigte Flüssigkeit durch den Filtereinsatz 6 hindurchströmt und zum
Auslass 11 weiter fließt.
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In 5 wird
deutlich, dass zum Druckbeaufschlagen der zu reinigenden Flüssigkeit
eine Pumpe 13 mit einem Pumpmotor vorgesehen ist. Der Pumpe 13 nachgeschaltet
ist eine Einstellvorrichtung, beispielsweise ein Drosselventil 14 oder
dergleichen, mit dem die Durchflussmenge bzw. der Betriebsdruck
einstellbar ist. Vor dem Filter ist ein Drucksensor 15 angeordnet.
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Im
Reinigungsmodus strömt
zu reinigende Flüssigkeit
mit entsprechend eingestellten Betriebsdruck bzw. eingestellter
Stoffstrommenge durch den Filter bzw. durch den Filtereinsatz 6 und
zum Auslass 11, dem optional ein Stellventil 16 oder
ein Rückschlagventil 17 nachgeschaltet
ist. Die gereinigte Flüssigkeit
strömt
beispielsweise einem Behälter 18 zu.
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Durch
die Filtrierung wird Schmutz auf dem Filtereinsatz 6 abgelagert,
der zur Ausbildung eines immer undurchlässigeren Filterkuchens führt. Durch das
Zusetzten des Filtereinsatzes 6 verändert sich der mit Hilfe des
Sensors 15 ermittelte Druck. Eine nicht näher dargestellte
Kontrolleinheit steuert das Ventil 16 bzw. ein Ventil 19 zum Öffnen bzw.
Verschließen
eines Schmutzablaufs 20 des Filters.
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Der
mit Luft gefüllte
Speicher 10 wird über den
Pumpendruck mit gereinigtem Kühlmittel
insbesondere nach dem Schließen
des Ventils 16 gefüllt bzw.
ist bereits während
der Reinigungsphase mit dem Betriebsdruck und teilweise mit gereinigtem Kühlmittel
gefüllt.
Anschließend
wird das Ablaufventil 19 bzw. Abschlammventil 19 geöffnet und
der Speicher 10 entläd
sich über
eine vom Kühlmittel
angetriebene Düse 5,
die insbesondere als Rückspülflügel 5 realisiert
ist. Der Rückspülflügel 5 ist
derart ausgebildet, dass er durch das ausströmende Fluid bzw. die ausströmende, gereinigte
Flüssigkeit
mit Hilfe des Rückstoß in Drehung
versetzt wird und somit die Düsenöffnung,
die sich insbesondere über
die gesamte Höhe
des Filtereinsatzes 6 erstreckt, zu einer vollflächigen Abstrahlung
bzw. Reinigung des Filtereinsatzes 6 bzw. des darauf befindlichen
Filterkuchens führt.
Beispielsweise sind zwei Düsenöffnungen
vorgesehen, wie dies insbesondere in der Draufsicht gemäß 2 dargestellt
ist.
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Der
Speicher 10 ist beispielsweise derart dimensioniert, dass
sich der Rückspülflügel 5 etwa
fünf mal
oder mehr dreht. In der Praxis hat sich gezeigt, dass dies zu einer
ausreichenden Rückspülung führt.
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Das
während
der Rückspülung erzeugte, stark
verschmutze Fluid strömt über das
Ablaufventil 19 beispielsweise in einen Schmutztank 21.
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Anschließend schließt das Ventil 19 den
Ablauf 20 und das Ventil 16 öffnet den Auslass 11.
Dementsprechend befindet sich der Filter wieder in der Reinigungsphase.
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Generell
kann die Drossel 14 auch in Strömungsrichtung hinter dem Filter
angeordnet werden. Gegebenenfalls kann auch eine Drossel 14 vor
und eine weitere nicht näher
dargestellte Drossel hinter dem Filter angeordnet werden.
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Die
als Alternativen anzusehenden Ventile 16 und 17 erfüllen beide
die Funktion, in der Reinigungsphase den Auslass 11 in
geöffneter
Stellung und in der Rückspülphase den
Auslass 11 in geschlossener Stellung zu schalten.
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- 1
- Deckel
- 2
- Boden
- 3
- Deckel
- 4
- Gehäuse
- 5
- Rückspülflügel
- 6
- Filtereinsatz
- 7
- Führungsblech
- 8
- Verdrehsicherung
- 9
- Gleitring
- 10
- Druckbehälter
- 11
- Auslass
- 12
- Zufluss
- 13
- Pumpe
- 14
- Drossel
- 15
- Sensor
- 16
- Ventil
- 17
- Ventil
- 18
- Behälter
- 19
- Ventil
- 20
- Ablauf
- 21
- Tank