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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entkeimung von
Feststoffen sowie eine dazu geeignete Vorrichtung.
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Aus
der Praxis ist es bekannt, Feststoffe im Sattdampf zu entkeimen.
Dies findet beispielsweise im Bereich der Medizintechnik zur Sterilisation
von ärztlichen
Instrumenten, Operationsbesteck u. dgl. statt. Auf Lebensmittel
angewendet, beispielsweise auf als Feststoffe vorliegende, körnige Gewürze, wie beispielsweise
Pfefferkörner,
beeinträchtigt
eine derartige Vorgehensweise bei der Entkeimung allerdings stark
die aromatischen Eigenschaften der Produkte. So werden beispielsweise
während
einer solchen Dampfentkeimung dem Produkt ätherische Öle entzogen. Zudem sind farbliche
Beeinträchtigungen
der Produkte, wie beispielsweise eine Verfärbung zu dunkleren Farbtönen nicht
auszuschließen,
was die Akzeptanz der Produkte insbesondere im Lebensmittelbereich
stark beeinträchtigen
würde.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entkeimung
von als Feststoffen vorliegenden Produkten anzugeben, welches eine möglichst
intensive Entkeimung bei optimaler Produktschonung ermöglicht,
insbesondere auch für
Lebensmittel wie Gewürze,
so dass deren optische und aromatische Eigenschaften durch den Entkeimungsvorgang
möglichst
wenig verändert
bzw. beeinträchtigt
werden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten nach
Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11
gelöst.
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Die
Erfindung schlägt
mit anderen Worten vor, die Entkeimung mittels eines so genannten
kalten Plasmas vorzunehmen. Bei dem Plasma handelt es sich um den
so genannten vierten Aggregatzustand, den ein Stoff einnehmen kann,
wobei vorschlagsgemäß ein ionisiertes
Gas verwendet wird. Beispielsweise kann das Gas mittels eines elektromagnetischen
Wechselfelds gezündet
werden, wobei durch die niedrige Temperatur dieses kalten Plasmas
die zu entkeimenden Produkte nicht nachteilig beeinträchtigt werden.
Nachfolgend wird insbesondere von Gewürzen wie Pfefferkörnern oder ähnlichen,
als Feststoffe vorliegenden Lebensmitteln ausgegangen, die daher
rein beispielhaft nachfolgend stets als die für die Entkeimung in Frage kommenden Produkte
erwähnt
werden. Durch die niedrige Temperatur des kalten Plasmas besteht
weder die Gefahr, dass die Gewürzkörner verbrennen
könnten, noch
führt das
niedrige Temperaturniveau dazu, dass Ausgasungen der Gewürzkörner unterstützt werden, die
beispielsweise zu einem Verlust an ätherischen ölen und somit an den aromatischen
Eigenschaften der Gewürzkörner führen könnten, wie
dies bei höheren
Temperaturen nicht auszuschließen
wäre.
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Das
kalte Plasma weist unterschiedliche Wirkmechanismen auf, die für die Entkeimung
vorteilhaft sind:
Erstens wird UV-Licht erzeugt, welches unmittelbar auf
die Gewürzkörner auftrifft
und zu einer Entkeimung an der Produktoberfläche beiträgt. Durch die Wahl des ionisierten,
zur Plas maerzeugung verwendeten Gases sowie des Drucks, unter dem
der Entkeimungsvorgang stattfindet, kann gesteuert werden, welche
Wellenlänge
das erzeugte UV-Licht aufweist. Dabei kann vorzugsweise eine Wellenlänge von
weniger als 200 nm verwendet werden, so dass ein UV-Licht verwendet
wird, welches in der Natur nicht vorkommt und welches aufgrund seiner
Kurzwelligkeit einen starken Entkeimungseffekt ermöglicht.
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Allerdings
ist diese Entkeimungswirkung auf die Bereiche der Gewürzkörner beschränkt, auf
die das UV-Licht unmittelbar auftrifft. Es ergeben sich daher Abschattungswirkungen
auf der dem UV-Licht gegenüberliegenden
Seite der Gewürzkörner. Zusätzlich tritt
der Abschattungseffekt auch bei einer rauen Oberflächengestaltung
der Gewürzkörner auf, beispielsweise
bei mit Furchen, Falten, Riefen o. dgl. versehenen Produktoberflächen wie
bei den erwähnten
Pfefferkörnern,
da ggf. Oberflächenanteile
des Produktes, die innerhalb der Vertiefungen liegen, vom direkt
auf die Gewürzkörner auftreffenden UV-Licht
nicht erreicht werden.
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Daher
ist bei dem vorschlagsgemäßen Verfahren
besonders vorteilhaft, dass eine zweite Wirkungsweise des Plasmas
insbesondere auch in den ansonsten abgeschatteten Bereichen der
Produktoberfläche
zum Tragen kommt: Die Teilchen des Plasmas rekombinieren und senden
dann ihrerseits UV-Licht aus. Diese Rekombination kann auch in den Vertiefungen
der Oberflächenrauigkeit
der Gewürzkörner erfolgen,
so dass in den Vertiefungen selbst UV-Licht entsteht, so dass auch
Bereiche, die von der hauptsächlichen
Strahlungsquelle des UV-Lichts abgeschattet sind, auf diese Weise
durch eine Vielzahl kleiner, lokaler UV-Strahler bestrahlt werden
können.
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Zudem
tritt ein dritter Entkeimungseffekt bei der Verwendung des Plasmas
auf: Die erwähnten Plasmateilchen
bzw. ionisierten Gasteilchen, wie Elektronen, Ionen und Radikale,
wie z. B. O3 ätzen die Oberfläche der
Gewürzkörner bzw.
generell die Pro duktoberfläche
und die dort vorhandenen Mikroorganismen an. Auch dieser Anteil
der vom Plasma ausgehenden Strahlung ist daher für die Entkeimungswirkung von
Bedeutung und mit umfasst, wenn nachfolgend häufig vereinfachend lediglich
die UV-Strahlung
als die vom Plasma erzeugte Strahlung erwähnt wird.
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Die
dreivorgenannten Wirkmechanismen des Plasmas ergeben einen Synergieeffekt,
der in der erzielbaren Entkeimungswirkung über das hinausgeht, wass die
drei Einzelwirkungen in Summe ergeben würden: Wenn Keime durch eine
der Wirkungen vorgeschädigt
sind, wobei diese Wirkung allein die Keime nicht abzutöten vermag,
können
sie eventuell mit der zweiten oder dritten Wirkung abgetötet werden,
die ansonsten für
sich allein genommen ebenfalls dazu nicht ausreichend wäre.
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Da
die Plasmaentkeimung in allen drei vorgenannten Entkeimungsaspekten
durch die Bestrahlung wirksam ist, ist weiterhin vorschlagsgemäß vorgesehen,
die Gewürzkörner möglichst
effizient dieser Bestrahlung auszusetzen. Dies ist vorschlagsgemäß dadurch
ermöglicht,
dass die Gewürzkörner entstaubt
werden, bevor sie dem Entkeimungsvorgang ausgesetzt werden. Auf
diese Weise wird die Zugänglichkeit
der Produktoberfläche
verbessert, da sowohl die an den Gewürzkörnern anhaftenden Staubanlagerungen
entfernt werden und zudem vermieden wird, dass der Staub in den
Bestrahlungsraum gelangt und so die Intensität der auf die Gewürzkörner auftreffenden
Strahlung mindern kann.
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Weiterhin
ist vorschlagsgemäß vorgesehen, dass
die Gewürzkörner während der
Entkeimung gewendet werden, so dass auf diese Weise möglichst sämtliche
Oberflächenanteile
der Gewürzkörner zur Strahlungsquelle
ausgerichtet werden, bevor die Entkeimung beendet wird.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Entkeimungsintensität durch
wenigstens einen Reflektor gefördert
wird, so dass nicht nur von der Strahlungsquelle unmittelbar auf
die Gewürzkörner gerichtete
UV-Strahlen auf die Produktoberfläche gelangen, sondern auch
UV-Strahlen, die zunächst von
der Strahlungsquelle in einer Richtung ausgesendet werden, die von
den Gewürzkörnern wegführt. Durch
den Reflektor werden derartige Strahlungsanteile umgelenkt und auf
die Gewürzkörner gelenkt,
so dass bei gleichem Energieeinsatz bzw. Materialeinsatz an Gas
die Entkeimungswirkung verbessert wird.
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Dabei
können
vorteilhaft unterschiedliche Strahlungsrichtungen dadurch bewirkt,
dass einerseits die UV-Strahlen von der Strahlungsquelle in verschiedenen
Richtungen ausgestrahlt werden, der reflektierte Strahlungsanteil
jedoch bei Verwendung von Parabol-Reflektoren und entsprechender
Platzierung der Strahlungsquelle parallel auf das Produkt gerichtet
werden, so dass durch diese unterschiedlichen Strahlungsrichtungen
der Abschattungseffekt aufgrund von Oberflächenrauigkeiten des Produktes verringert
wird. Gleichzeitig kann durch den Parabolreflektor aufgrund der
parallelen Reflektionsstrahlen ein unerwünscht hohes Maß von am
Produkt vorbeigehender Streustrahlung vermieden werden.
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Vorteilhaft
kann die Entkeimung unter besonderen, vom Umgebungsdruck abweichenden
Druckbedingungen vorgenommen werden, wobei die Behandlungskammer
hierzu – je
nach dem Grad der Abweichung vom Umgebungsdruck – als Druckkammer ausgestaltet
sein kann:
Beispielsweise kann die Entkeimung in einem Vakuum
bzw. Teilvakuum vorgenommen werden, also zu Druckbedingungen, die
unterhalb des Umgebungsluftdruckes liegen. Auf diese Weise ist, ähnlich wie auch
bei der vorschlagsgemäß vorgesehenen
Entstaubung, durch die Evakuierung der Entkeimungskammer verhindert,
dass Teilchen – in
diesem Fall Teilchen der ansonsten in der Behandlungskammer vorhandenen
Luftatmosphäre – ein Hindernis
für die Plasmateilchen
darstellen können.
Somit wird verhindert, dass die Entkeimungswirkung der Plasmateilchen
wirkungslos verpufft, bevor die Plasmateilchen in Kontakt mit dem
Produkt geraten können.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, als Plasma ein Hochdruckplasma zu verwenden,
so dass die Behandlungskammer nicht einem in ihrem Inneren herrschenden
Unter- sondern einem Überdruck
ausgesetzt wird. Auch dieses Hochdruckplasma wird als kaltes Plasma
erzeugt, mit den entprechenden Vorteilen für die Qualität der Gewürzkörner.
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Durch
die Auswahl des Gases bzw. einer Mischung aus wenigstens zwei Gasen
und durch die in der Behandlungskammer herrschenden Druckverhältnisse
kann der Schwerpunkt der Entkeimungswirkung beeinflusst und das
Plasma hinsichtlich seines Wirkmechanismus optimiert werden: beispielsweise können entweder
sauerstoffdominante Plasmen erzeugt werden, um insbesondere die
Entkeimung mittels der freien Radikale zu bewirken, oder es können Plasmen
erzeugt werden, die insbesondere eine Entkeimung mittels der UV-Strahlung
bewirken. So kann durch die Auswahl des entsprechenden Plasmas eine
optimale Entkeimung erzielt werden in Anpassung an die zu entkeimende
Lebensmittelsorte und an die Art der Verkeimung, z. B. die vorhandene
Keimart. So gibt es beispielsweise Keime, die in vergleichsweise
hohem Maße
UV-resistent sind und Keime, die in vergleichsweise hohem Maße Radikal-resistent
sind, so dass dann ein Plasma verwendet werden kann, welches die
jeweils andere, für
diese Keimart wirkungsvollere Entkeimungswirkung in besonders starkem
Maße aufweist.
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Vorteilhaft
werden die Gewürzkörner unmittelbar
im Anschluss an die Entkeimung steril verpackt. Die sterile Verpackung
verhindert nicht nur den Kontakt von Keimen mit den Gewürzen, sondern schützt gleichzeitig
die Gewürze
vor Aromaverlust, so dass die vorschlagsgemäß entkeimten und verpackten
Gewürze
in einem optimalen Zustand zum Verbraucher gelangen können.
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Um
die einzelnen Gewürzkörner zu
wenden, können
drei beispielhaft erläuterte
Vorrichtungen alternativ oder in Kombination verwendet werden:
Erstens
können
stationäre
Teller mit Schaufelwerken über
dem jeweiligen Teller, die über
eine vertikale Welle angetrieben werden, oder Drehteller verwendet
werden, die aufgrund ihrer Neigung und/oder ihrer Drehbewegung die
Gewürzkörner in
einer möglichst
dünnen
Schicht führen,
so dass die Gewürzkörner möglichst
optimal der Bestrahlung ausgesetzt sind und nicht etwa aufgrund
einer dicken Produktlage mit mehreren übereinander angeordneten Gewürzkörnern ein
Abschattungseffekt der unteren Körner
durch die oberen Körner
gegeben ist.
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Zweitens
können
Schwingförderrinnen,
die auch als Vibrationsrinnen bezeichnet sind Anwendung finden.
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Die
beispielhaft genannten (Dreh-)Teller wie auch die Vibrationsrinnen
können
allgemein als Böden
bezeichnet werden, über
welche die Gewürzkörner geführt werden,
wobei auch anders ausgestaltete Böden vorgesehen sein können. Dabei
kann vorgesehen sein, mehrere Böden
im Abstand übereinander
anzuordnen und die Gewürzkörner im
freien Fall von einem oberen zu einem darunter befindlichen Boden
zu führen.
Durch diesen freien Fall kann die Wendung der Gewürzkörner besonders
wirksam vorgenommen werden, da die Gewürzkörner anschließend mit
großer
Wahrscheinlichkeit in einer anderen Ausrichtung auf dem unteren
Boden liegen werden als auf dem oberen Boden. Zudem können während des
freien Falls die Gewürzkörner von
mehreren Seiten durch die Entkeimungsstrahlung beaufschlagt werden.
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Durch
entsprechende Neigung bzw. Bewegung der Böden oder durch die Wirkung
eines bewegten Schaufelwerkes bei stehenden Böden kann eine zick-zack-förmige bzw.
mäanderförmige Führung der
Gewürzkörner erzielt
werden, so dass auf vergleichsweise kleinem Raum eine große Strecke bereitgestellt
werden kann, auf welcher die Gewürzkörner der
Strahlung ausgesetzt und somit entkeimt werden können.
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Drittens
kann alternativ zu der Verwendung von mehreren Böden eine rotierende Trommel
vorgesehen sein, welche die Gewürzkörner aufnimmt.
Allein durch die Drehbewegung der Trommel und unter dem Schwerkrafteinfluss
ergibt sich eine automatische, kontinuierliche Umwälzung der
Gewürzkörner im
Trommelinneren, so dass hier eine intensive Produktwendung erzielt
werden kann.
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Dabei
kann vorteilhaft vorgesehen sein, in der Trommel mehrere zirkumferent
verteilte Mitnehmer vorzusehen, so dass nicht nur eine Umwälzung eines
in der Trommel liegenden Produktbettes bewirkt wird, sondern immer
wieder die von den Mitnehmern nach oben transportierten Gewürzkörner im freien
Fall herabfallen. Hierdurch wird zuverlässig sichergestellt, dass sämtliche
Gewürzkörner gewendet werden
und der UV-Strahlung ausgesetzt werden.
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Der
vorliegende Vorschlag wird anhand der rein schematischen Darstellungen
nachfolgend näher
erläutert.
Dabei zeigt
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1 eine
Schemazeichnung zum Verfahrensablauf,
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2 eine
Darstellung der Plasma-Erzeugungs-Einrichtung,
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3 einen
Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung bei
der in der Entkeimungseinrichtung mehrere Drehteller vorgesehen
sind,
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4 ein
Ausführungsbeispiel
einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung,
bei der eine rotierende Trommel in der Entkeimungseinrichtung vorgesehen ist,
und
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5 ein
Ausführungsbeispiel,
bei welchem die Entkeimungseinrichtung mehrere Schwingförderrinnen
aufweist.
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In
den Zeichnungen ist mit 1 jeweils insgesamt eine Anlage
bezeichnet, die zum Entkeimen von Feststoff-Produkten mittels Plasma
dient. Die Anlage 1 ist in 1 schematisch
dargestellt. Sie umfasst zunächst
eine Entstaubungseinrichtung 2, in welcher die beispielhaft
als Produkt genannten Gewürzkörner gereinigt
und entstaubt werden. Die gereinigten Gewürzkörner gelangen anschließend in eine
Plasma-Entkeimungseinrichtung 3, die – wie in 1 schematisch
angedeutet entweder aus übereinander
angeordneten Drehtellern oder stationären Tellern mit Schaufelwerk,
einer drehbaren Trommel oder mehreren übereinander angeordneten Schwingförderrinnen
ausgestaltet sein kann. Im Anschluss an die dort vorgenommene Entkeimung
gelangt das Produkt in eine Verpackungseinrichtung 4, wo
die Gewürzkörner steril
verpackt werden.
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In
der schematischen Darstellung der 1 ist ersichtlich,
dass die oben dargestellte Plasma-Entkeimungseinrichtung 3 mehrere
jeweils im Abstand übereinander
angeordnete Teller 5 aufweist, die als Drehteller oder
stationäre
Teller ausgestaltet sind, wobei eine zentrale vertikale Welle 6 die
Teller oder jeweils ein Schaufelwerk über den Tellern antreibt. Durch
die Drehung/Neigung der Teller oder durch eine geeignete Anordnung
der Schaufeln des Schaufelwerkes auf mehreren Achsen (sogenanntes Krählwerk)
wird eine Führung
des Produktes auf jedem einzelnen Teller 5 bewirkt, welche
das Produkt entweder zum Außenrand
oder zu einer achsnahen mittleren Öffnung des Tellers 5 führt, so
dass die Gewürzkörner letztlich
in einer mäandernden
Bewegung von oben nach unten über
die einzelnen Teller 5 geführt werden.
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Bei
der in 1 mittig dargestellten Plasma-Entkeimungseinrichtung 3 ist
eine Trommel 7 vorgesehen, die um ihre Längsachse
drehangetrieben ist und radial nach innen weisend mehrere Mitnehmer 8 aufweist.
Die Trommel 7 ist – wie
durch den Pfeil – angedeutet
entgegen dem Uhrzeigersinn drehbar.
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In 1 unten
ist eine Plasma-Entkeimungseinrichtung 3 angedeutet, die
drei im Abstand übereinander
angeordnete Böden
in Form von Vibrationsrinnen bzw. Schwingförderrinnen 9 aufweist.
Die Antriebe dieser Schwingförderrinnen 9 sind
jeweils mit 10 angedeutet. Durch abwechselnde Förderrichtungen
der Schwingförderrinnen 9 ist
auch bei diesem Ausführungsbeispiel
vorgesehen, dass die Gewürzkörner von
oben nach unten Mäandern
und somit optimal lange der Entkeimungswirkung ausgesetzt sind.
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2 zeigt
eine Gasleitung 11, durch welche ein zu ionisierendes Gas
zu zwei Strahlungsquellen 12 gelangt. Dort wird das Gas
ionisiert, so dass ein Plasma entsteht, welches einerseits direkt
nach unten strahlt und andererseits – wie aus 2 ersichtlich
ist – gegen
parabolisch geformte Reflektoren 14 gelangt und von diesen
ebenfalls nach unten gerichtet reflektiert wird.
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Je
nach Ausgestaltung des Gehäuses
kann abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen dessen innere
Wandoberfläche
als ebener oder gekrümmter
Reflektor dienen, so dass keine eigens als Reflektoren ersichtlichen
Bauteile erforderlich sind.
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3 zeigt
die Plasma-Entkeimungseinrichtung 3, die in 1 oben
schematisch angedeutet war, näher:
Innerhalb eines Gehäuses 15 sind
die Teller 5 angeordnet, und oberhalb jeden Tellers 5 sind Strahlungsquellen 12 mit
Reflektoren 14 angeordnet, so dass auf jedem Teller 5 die
Gewürzkörner durch die
auftreffende UV-Strahlung entkeimt werden.
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Der
Produktfluss ist in 3 ebenso wie in den drei Plasma-Entkeimungseinrichtungen 3 der 1 durch
unregelmäßige Li nien
angedeutet. Die Gewürzkörner gelangen
zunächst
in gereinigtem und entstaubtem Zustand über eine Schütte 16 und
eine Zellradschleuse 17 in das Gehäuse 15, dort nacheinander
auf die mehreren Teller 5 und vom letzten Teller 5 durch
eine weitere Zellradschleuse 17 in ein Auslassrohr 18 und
von dort in eine automatische Verpackungseinrichtung 4,
wo die sterile Verpackung der entkeimten Gewürzkörner erfolgt. Die Schaufelwerke über den
Tellern 5 sind durch einen Motor 19 drehangetrieben.
Die Teller 5 sind durch einen Motor 19 drehangetrieben.
Das zur Erzeugung des Plasmas verwendete, zu ionisierende Gas ist – wie in 3 deutlich
ist – aus
zwei unterschiedlichen Gasen zusammengesetzt, um auf diese Weise
die Wellenlänge
der erzielten UV-Strahlung zu bestimmen und beeinflussen zu können.
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Das
Gehäuse 15 wird
evakuiert, wozu eine Vakuumpumpe 20 vorgesehen ist, so
dass möglichst geringe
atmosphärische
Verunreinigungen im Inneren des Gehäuses 15 vorliegen.
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4 zeigt
eine Plasma-Entkeimungseinrichtung 3, die entsprechend
der mittleren Darstellung in 1 mit einer
Trommel 7 versehen ist. Die Mitnehmer 8 sind in
dem oben in 4 dargestellten Längsschnitt
gestrichelt angedeutet, ein Motor 19 ist zum Antrieb der
Trommel vorgesehen, wobei diese wie aus dem zugehörigen, unten
in 4 dargestellten Querschnitt in 4 hervorgeht,
auf zwei Rollen 21 aufruht, die entweder als freilaufende
Stützrollen ausgestaltet
sein können,
wenn ein Drehantrieb der Trommel 7 beispielsweise über eine
Verzahnung oder eine Kette o. dgl. erfolgt, oder die als angetriebene
Rollen 21 die Bewegung der Trommel 7 bewirken
können.
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Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Evakuierung des Gehäuses 15 mittels
einer Vakuumpumpe 20 vorgesehen. Die Zuführung der
gereinigten und entstaubten Gewürze
erfolgt über
eine Schütte 16 und
zwei Dosierbehälter.
Die Evakuierung der Dosierbehälter
im Zuge des absätzigen,
also chargenweise erfolgenden Eintrags der Gewürze in die Anlage wird über eine separate
Vakuumpumpe durchgeführt.
Die Entstaubung der Gewürzkörner erfolgt über eine
Entstaubungseinrichtung 2, die unterhalb der Schütte 16 vorgesehen
ist und die beiden Dosierbehälter
einschließt,
so dass die Gewürzkörner unmittelbar
vor ihrem Eintritt in das Gehäuse 15 der
Plasma-Entkeimungseinrichtung 3 gereinigt und entstaubt
werden.
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Aus
dem Querschnitt in 4 ist weiterhin ersichtlich,
dass im Inneren der Trommel 7 die Strahlungsquellen 12 mit
den Reflektoren 14 angeordnet sind. In diesem Fall ist
exemplarisch ein Betrieb unter atmosphärischem Druck dargestellt,
wobei über
einen Ventilator staubhaltige Luft an mehreren Stellen abgesaugt
und über
einen Filterzyklon gereinigt wird.
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5 zeigt
das Ausführungsbeispiel
einer Plasma-Entkeimungseinrichtung 3, die in 1 unten
dargestellt ist, also mit mehreren Vibrationsrinnen bzw. Schwingförderrinnen 9 ausgestattet
ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
wird über
einen links oben dargestellten Ventilator staubhaltige Luft an den Stellen
a, b und c aus dem Gehäuse 15 abgesaugt und
mittels eines unter dem Ventilator angedeuteten Filterzyklons gereinigt.
Die drei dazu vorgesehenen, gepunktet angedeuteten Leitungen sind
von den Stellen a, b und c zu einer gemeinsamen Leitung geführt, welche
in den Filterzyklon mündet.